Czego oczy nie widzą. Jak wzrok kształtuje nasze myśli. Richard Masland

Чтение книги онлайн.

СКАЧАТЬ prowadzonym wcześniej eksperymentom biochemicznym wiedzieliśmy, że siatkówka zawiera wielu innych kandydatów na neuroprzekaźniki, na przykład spore ilości dopaminy, która wsławiła się tym, że w innych częściach mózgu jest mediatorem nagrody, przyjemności i uzależnień. (Nie, nie sądzę, by siatkówka była częścią układu przyjemności – w siatkówce dopamina spełnia zupełnie inne funkcje). Tymczasem grupa naukowców z całego świata, w której jedną z najważniejszych postaci był Berndt Ehinger ze Szwecji, zaangażowała się w ustalenie, które komórki siatkówki używają pozostałych neuroprzekaźników. Wraz z rozwojem metodologii takie badania stawały się znacznie łatwiejsze, więc i ja przyłączyłem się do tego projektu z moim laboratorium… i własnym pomysłem.

      Uważałem mianowicie, że proste sporządzenie listy neuroprzekaźników siatkówki to zajęcie dość nudne i że większe znaczenie ma to, czy mogą one służyć jako markery dla określonych typów komórek. Z tego też powodu nasza garstka odróżniała się nieco od reszty, interesowały nas bowiem zarówno dokładne kształty tych komórek, jak i ich rzeczywista liczba. Chcieliśmy odejść od anegdotycznego stylu uprawiania klasycznej anatomii nazywanego przez niektórych krytyków „kolekcjonowaniem motyli”; w tej starej szkole badawczej pstrykało się zdjęcie ładnego okazu, dodawało je do kolekcji… i na tym w zasadzie całe badanie się kończyło.

      Mnie natomiast zajmowały liczby, powiązania i całe drzewa wypustek, a zwłaszcza neurony, które moglibyśmy odróżniać od innych na podstawie używanego przez nie określonego neuroprzekaźnika. („Drzewo” neuronu to przypominające koronę drzewa rozgałęzienia jego dendrytów i aksonu, definiujące możliwe połączenia neuronu z innymi komórkami). Dla mnie liczyły się pełne struktury oraz liczba komórek – informacje, które można później wykorzystać do zbudowania niepodważalnego modelu obwodów siatkówki. Taki model z kolei pozwoliłby nam odpowiedzieć na pytania o funkcjonowanie całości.

      O tym, jakie to ważne, przekonał mnie niezwykły odczyt, który usłyszałem na konferencji badaczy procesów widzenia. Wygłosił go Heinz Wässle, wysoki Niemiec mniej więcej w moim wieku, który był wówczas dyrektorem frankfurckiego Instytutu Badań Mózgu im. Maxa Plancka. Instytuty im. Maxa Plancka – jest ich kilka – to ogromne laboratoria finansowane hojnie przez rząd niemiecki, a ich dyrektorzy to śmietanka niemieckiej nauki. W owym czasie Heinz był najmłodszym dyrektorem takiego instytutu.

      To właśnie na tamtej konferencji, w nadmorskim hotelu w zachodniej Florydzie, usłyszałem od Heinza Wässlego o dopiero co zakończonych badaniach komórek zwojowych siatkówki, które prowadził z Brianem Boycottem[14]. Obaj opracowali sposób oznaczania dwóch typów komórek zwojowych – dużych i stosunkowo nielicznych (które nazwali komórkami alfa) oraz mniejszych i liczniejszych (które nazwali komórkami beta). Później, przy współpracy badaczy australijskich i Lea Peichla, jednego ze swoich studentów, Heinz wykazał, że anatomiczne kształty komórek alfa i beta korelują z ich sposobem kodowania informacji otrzymywanych z siatkówki. Komórki alfa były komórkami chwilowymi typu ON i OFF, natomiast komórki beta – komórkami trwałymi typu ON i OFF.

      Dlaczego było to takie frapujące? Po pierwsze, oznaczało, że niepowtarzalny kształt neuronu mówi nam o tym, iż odgrywa on swoistą, niepowtarzalną rolę w procesie funkcjonowania siatkówki. Im więcej wiedzieliśmy, tym bardziej byliśmy tego pewni – że taki a nie inny kształt trybiku tej maszynerii zawsze oznacza taką a nie inną rolę w jej działaniu. Z kształtów i funkcji tych komórek możemy wnioskować o tym, jak wyglądają mikroobwody siatkówki, do których one należą. Tak więc dane nam było wyraźnie zobaczyć wycinek procesu funkcjonowania siatkówki, kilka trybików maszynerii, która koduje rejestrowany przez siatkówkę obraz.

      Po drugie, byłem urzeczony stopniem pewności, jaki osiągnęli Heinz i Brian. Ich badania anatomiczne dały nam nie tylko piękne, „typowe” obrazy komórek alfa i beta – jak w starych dobrych czasach kolekcjonerów motyli – lecz także potwierdzalne eksperymentalnie informacje o całych ich populacjach. Odkryta przez nich stereotypowość kształtu miała zatem ogromne znaczenie: podobnie jak klony mają typowy układ gałęzi, inny niż dęby, tak komórki alfa mają własny wzorzec, a komórki beta własny. Trudno to zaobserwować, kiedy dysponuje się tylko jednym rodzajem komórki – jednym klonem – ale gdy widzi się całą populację jednego typu, powtarzające się cechy charakterystyczne same rzucają się w oczy. Przy odrobinie praktyki badacz od razu rozpoznaje komórkę alfa i komórkę beta. Heinz odkrył dwa typy komórek, ale z pewnością musiało być ich więcej.

      Byłem na tej konferencji z kilkoma dobrymi znajomymi z Harvardu, ale że reprezentowali oni dyscypliny naukowe niemające bezpośredniego związku z badaniami siatkówki, postanowili odpuścić sobie odczyt Heinza. Zostawiłem ich przy piwie w drewnianym barze na plaży, w cieniu palm szumiących delikatnie w bryzie znad Zatoki Meksykańskiej. Po powrocie z wykładu zastałem ich nad następną kolejką. Oświadczyłem im, że właśnie usłyszałem coś, co na zawsze zmieni sposób badania obwodów neuronalnych.

      Byli wyraźnie zaintrygowani, opowiedziałem im więc o badaniach Heinza i wyjaśniłem, że być może niedługo będziemy mogli oglądać całe populacje komórek nerwowych i wykorzystywać ich stereotypowe kształty do określania ich specyficznych funkcji, opierając się na rzeczywistym materiale ilościowym, a nie na anegdotach. I może wreszcie skonstruujemy jakiś konkretny model!

      Widziałem ich rozczarowanie. Zapewne pomyśleli to samo: „Anatomia? Daj spokój”. Ale odczyt Heinza skrystalizował moje myślenie: zobaczyłem algorytm, wiodącą coraz wyżej ścieżkę, która prędzej czy później doprowadzi nas do ważnego odkrycia i pozwoli powiedzieć coś więcej o procesie postrzegania.

      Jak się potem okazało, zrozumienie organizacji neuronów w siatkówce – a zwłaszcza dostrzeżenie ich wielkiej różnorodności – zwiastowało zmianę w interpretacji roli innych struktur ośrodkowego układu nerwowego.

      Rozdział 4

      Neurony widma

      Do diabła, Tejrezjaszu, jeżeli wiesz,

      to wiesz na pewno, inaczej nie wiesz[15].

      – Ezra Pound

      Cicha rewolucja w neuronauce XXI wieku objęła również studia anatomiczne. Wcześniej anatomię uważano za dyscyplinę nudną – za bezsensowne kolekcjonowanie motyli. A jednak zawsze wiedziano, że struktura mózgu ma ogromne znaczenie. Santiago Ramón y Cajal, twórca i święty patron neuronauki, całe swoje dzieło oparł na neuroanatomii. Nie mam wątpliwości, że wykuwanie na pamięć dziesiątków obwodów neuronalnych i jąder w mózgu należy do najmniej lubianych zadań, jakie dostają od nas studenci medycyny. Ale jeśli spojrzeć na to z szerszej perspektywy, to właśnie w neuroanatomii – czy też neurobiologii strukturalnej, jak często się ją nazywa – dzieje się dziś najwięcej: mózg to jedna wielka maszyna do generowania połączeń i wszelka jego aktywność sprowadza się ostatecznie do sposobu łączenia ze sobą jego elementów.

      Około roku 2000 suma kilku innowacji przyczyniła się do tego, że w anatomicznym pojmowaniu mózgu odnotowaliśmy skokowy postęp. Pierwszą z tych innowacji było poprawienie rozdzielczości mikroskopów dzięki wynalezieniu tak zwanej mikroskopii konfokalnej. (Działanie mikroskopu konfokalnego opiszę pod koniec tej książki). Kolejną był wysyp nowych metod wizualizacji komponentów komórki. Magiczne narzędzia biologii molekularnej umożliwiają nam dzisiaj tworzenie markerów nawet dla najdrobniejszych trybików maszynerii wewnątrzkomórkowej, a mikroskopy konfokalne pozwalają oglądać, jak ta maszyneria działa. Tymczasem jeszcze niedawno nie potrafilibyśmy СКАЧАТЬ