Strona główna

1. Wstęp: Historia badania aktywności spoczynkowej mózgu


Pobieranie 23.62 Kb.
Data20.06.2016
Rozmiar23.62 Kb.
1.Wstęp:
2. Historia badania aktywności spoczynkowej mózgu.
Ludzkość od zarania dziejów czyniła starania w kierunku ustalenia własnego miejsca w świecie oraz określenia i wyjaśnienia właściwości i przymiotów swojego ciała. Co sprawia, że jesteśmy, we własnym mniemaniu, tacy wyjątkowi? I jak działa wyrafinowany mechanizm ludzkiego ciała? Co daje nam możliwość refleksji nad własnym jestestwem? Przez wieki istota bycia człowiekiem konceptualnie wędrowała po różnych częściach ciała. Arystoteles za siedlisko uczyć i rozumu uważał serce, (http://www.is.umk.pl/~duch/Wyklady/kog-m/03-b.htm ) Kartezjusz ujmujący człowieczeństwo w sposób dualistyczny za miejsce złączenia ciała i duszy przynależnej człowiekowi wskazał szyszynkę ("Słownik psychologii" A.M. Colman (Wydawnictwo Naukowe PWN, 2009) aż wreszcie Herofilos, grecki lekarz i anatom, wyznaczył mózg jako centralną część układu nerwowego [wikipedia]. Istnieją również wzmianki jakoby na drodze do poznania tajników funkcjonowania mózgu nie cofnął się przed, eufemistycznie mówiąc, inwazyjnym eksperymentowaniem na żywych więźniach [ursynoteka]. Nie sposób przeoczyć faktu, jak szerokim echem odbija się po dzień dzisiejszy dualizm kartezjański, jednak nikt już chyba nie wątpi w rolę odgrywaną przez mózg w podstawowych procesach poznawczych oraz tych wyższych, uznawanych są za typowo ludzkie.

Od samego wskazania mózgu jako głównego centrum dowodzenia ludzkim ciałem do XXI wieku badania nad mózgiem przeszły bardzo długą drogę. Od stopniowego poznawania anatomii do odkrycia komórkowej budowy przez Santiago Ranon y Cajal'a.[jaśkowski] Przede wszystkim jednak pojawiły się narzędzia pozwalające na co raz dokładniejsze odkrywanie mechanizmów stojących u podstaw pracy mózgu. Do tej grupy należą metody hemodynamiczne (PET, fMRI), elektryczne (EEG) oraz magnetyczne (MEG) [Jaśkowski]. Wraz z pojawieniem się powyższych narzędzi badawczych odżyło podejście lokalizacyjne zakładające, że każdej czynności odpowiada obszar lub grupa obszarów mózgu zaangażowanych w jej realizację. Najbardziej rozpowszechnionym sposobem wyodrębniania regionów mózgu odpowiedzialnych za dane umiejętności jest obserwacja aktywności mózgu w dwóch sytuacjach: podczas wykonywania zadania oraz podczas specjalnie dobranego zadania kontrolnego. Taki sposób prowadzenia badań nazywa się schematem blokowym [Gut]. Często zadanie kontrolne stanowi zubożoną wersję zadania właściwego [braincampaign] jednak różnica ta powinna ograniczać się do jednego komponentu. [gut] Następnie aktywność zarejestrowaną w warunku eksperymentalnym porównuje się z tą ze stanu kontrolnego by w efekcie ocenić różnice w schemacie i poziomie aktywacji. Porównanie odbywa się przy zastosowaniu metody odejmowania zapisu kontrolnego od zapisu eksperymentalnego. Według oczekiwań aktywność obserwowana podczas wykonywania zadania winna być większa od tej obserwowanej w sytuacji kontrolnej [9]. Jednak nie zawsze aktywacje są jedyną zmianą dającą się zaobserwować. Istnieją obszary których aktywność spada podczas wykonywania zadania eksperymentalnego w porównaniu do stanu obserwowanego w stanie kontrolnym. Niektóre z dezaktywacji budzących wątpliwości badaczy są tłumaczone niecałkowitym zachowaniem zasady czystej insercji. Głosi ona, że jeżeli zadanie eksperymentalne różni się od kontrolnego tylko jednym komponentem, to po odjęciu od siebie aktywności towarzyszących wykonywaniu poszczególnych zadań powinniśmy otrzymać obraz aktywności koniecznej do poradzenia sobie z tym właśnie komponentem [gut]. Należy wziąć jednak pod uwagę, że ów jeden komponent może w sposób istotny wpływać na wykonanie pozostałych elementów zadania. Wówczas obserwowana dezaktywacja będzie charakterystyczną dla wykonywanego zadania. Jednak nie wszystkie dezaktywacje daje się wytłumaczyć w ten sposób. Spadki aktywności niemające racjonalnego wytłumaczenia przykuły uwagę Marcusa E. Raichle'go. Zainteresowanie wzbudziły w nim dezaktywacje pojawiające się również gdy stanem kontrolnym był odpoczynek lub wpatrywanie się w określony punkt. Co więcej, zdawały się one obejmować powtarzalne na przestrzeni badań struktury[9].

Jakkolwiek to Marcus E. Raichle wraz ze współpracownikami podjął się szerszej interpretacji znaczenia tajemniczych dezaktywacji, pierwsza wzmianka o istnieniu takowego spadku aktywności, a właściwie istotnych zmian w przepływie krwi w mózgu podczas wykonywania zadań pojawia się w artykule Shulmana i inn (Shulman i inn., 1997) którego zresztą współtwórcą był Raichle. Autorzy wspomnianego artykułu postawili następującą hipotezę:

„Możliwym jest, że wszystkie zadania eksperymentalne hamują [aktywność] pewnych obszarów. Pobudzenia typowe dla wszelkich zadań eksperymentalnych mogą wymagać obniżenia aktywności szczególnych obszarów”[15przypis/cytat].

W odpowiedzi na pytanie o genezę obserwowanych spadków w ilości przypływu krwi świadczących o zmniejszonej aktywności obszaru mózgu, autorzy podają dwie główne grupy możliwych wytłumaczeń: pierwszą, jakoby spadek był związana ze specyfiką wykonywania zadania eksperymentalnego oraz drugą, głoszącą, że może być on znakiem przerwania czynności mających miejsce w stanie kontrolnym takich jak monitorowanie otoczenia bądź tzw wędrówka myśli [15]. Celem określenia, które z wyjaśnień są bliższe prawdy, dokonano przeglądu wyników wybranych badań z naciskiem na regiony w których zmniejszył się przepływ krwi w czasie wykonywania zadania eksperymentalnego w stosunku do kontrolnego. Przegląd odbył się przy założeniu, że jeśli spadek przepływu krwi jest wynikiem przerwania procesów toczących się w stanie kontrolnym, zostanie on zaobserwowany w tych samych obszarach w istotnej większości analizowanych badań. Jeśli miałby on następować na skutek specyfiki wykonywanego zadania eksperymentalnego, wzorce dezaktywacji będą różnić się między sobą w zależności od konstrukcji badania. We wszystkich z dziewięciu badań branych pod uwagę stanem kontrolnym była prezentacja takiego samego bodźca jak w zadaniu eksperymentalnym, jednak bez wyznaczenia wyraźnego zadania

(prócz wpatrywania się w prezentowany bodziec). Przegląd wykazał, że spadki przepływu krwi w większości z wyznaczonych czternastu regionów (w obszarach płatów czołowych, ciemieniowych i potylicznych oraz ciała migdałowatego) wystąpiły w przeważającej ilości analizowanych badań. Ponadto dostarczył argumentów za i przeciw tezom należącym do wymienionych powyżej dwóch grup wyjaśnień.




Wspomniane dezaktywacje charakteryzujące się dużą regularnością na przestrzeni rozmaitych badań oraz ogromnym wydatkiem energetycznym jaki stanowi wewnętrzna aktywność mózgu (utrzymująca się podczas nieobecności bodźców czy zadań mogących angażować uwagę) skłoniły Raichle'go i współpracowników do założenia, że mózg posiada pewien tryb bazowy (aktywności bazowej). [9] Cztery lata później, w roku 2001, na łamach PANS opublikowana została praca Marcusa E. Raichle'go i współpracowników zatytułowana „A default mode of brain function”, czyli bazowa aktywność mózgu. Wiedzeni przeczuciem, że każdy złożony system ma rodzaj trybu czy też stanu bazowego, postanowili zweryfikować tą teorię w świetle powyższych wskazówek i poszlak.

W próbach zrozumienia działania mózgu spotykamy się z dwojakimi poglądami. Otóż dochodzimy do momentu gdzie ścierają się grupy reprezentujące dwa rodzaje spojrzeń na temat funkcjonowania tego kluczowego dla ludzkiego ciała organu. Jedna ze stron utrzymuje, że działanie mózgu jest podyktowane wymogami środowiskowymi, to jest aktywność komórek nerwowych jest wyłącznie odpowiedzią na odbierane ze środowiska wewnętrznego i zewnętrznego bodźce. Drugi pogląd natomiast stanowi o niezwykłej wadze owych wewnętrznych, swoistych procesów zachodzących w mózgu. Ilościowo mają one być w przewadze nad aktywacjami związanymi z interpretacją informacji dochodzących ze środowiska. Co więcej, mogą nawet brać udział w przewidywaniu wymogów środowiska [9]. Raichle i Snyder w swojej publikacji z 2007 roku zauważają, że drugi z przedstawionych poglądów na pracę mózgu (o istotności jego wewnętrznej, swoistej aktywności dla pracy organu) daje się prześledzić na przestrzeni ostatnich dwóch tysiącleci. Na potwierdzenie przytaczają słowa Seneki, Kanta, Jamesa i Llinasa.

„The fact that the body il lying down is no reason for supposing that the mind is at pease. Rest is... far from restful.”(Seneca, ~60 A.D. 1969))


„…though all our knowledge begins with experience, it by no means follows that all arises out of experience. For, on the contrary, it is quite possible that our empirical knowledge is a compound of that which we receive through impressions, and that which the faculty of cognition supplies from itself…” Immanuel Kant (Kant, 1781 (2004))

“Enough has now been said to prove the general law of perception, which is this, that whilst part of what we perceive comes through our senses from the object before us, another part (and it may be the larger part) always comes (in Lazarus's phrase) out of our own head.” William James (James, 1890) [4-vol1 pg 28]


“This concept, that the significance of incoming sensory information depends on the pre-existing functional disposition of the brain, is a far deeper issue than one gathers at first glance…” Rodolfo Llinas (Llinas, 2001)[5-pg8]
Kolejnym kamieniem milowym na drodze zapoczątkowanej przez Senekę jest publikacji Raichle'go i in z 2001 roku. Na gruncie założenia, że do zrozumienia zasad działania większości złożonych systemów, w tym być może również mózgu, kluczowym może być poznanie aktywności bazowej tegoż systemu, postanowili wyjaśnić rolę jaką odgrywają obserwowane dezaktywacje. Efektem badań jest ustalenie stanu wyjściowego czy też bazowego dla mózgu zdrowego, dorosłego człowieka. Stan bazowy został wyodrębniony na podstawie wskaźnika OEF (oxygen extraction fraction) będącego relacją ilości tlenu wykorzystanego przez dany obszar do ilości tlenu dostarczanej przez krwiobieg.

Jak zaznaczają autorzy, związek między przepływem krwi a aktywnością neuronów jest bardzo silny i znany naukowcom od ponad wieku. Wspomnieć warto w tym miejscy na badania włoskiego uczonego Angelo Mosso z końca XIX wieku. Skonstruował on stół własnego pomysłu mający sygnalizować zmiany przepływu krwi przez mózg. Osoba badana umieszczana była na stole który utrzymany miał być w idealnej równowadze. Wzmożony napływ krwi do mózgu sygnalizowany miał być poprzez odchylenie się stołu wraz z badanym od poziomu, pochylając się niżej od strony głowy.[5]



Human circulation balance used to measure cerebral activity during resting and cognitive states (Angelo Mosso’s original drawing, modified and adapted from Mosso, 1884, Atti della

Reale Accademia dei Lincei).

Wracając do Badań Raichle'go, na podstawie wskaźnika OEF wyodrębniono grupę obszarów których aktywność spadała w czasie wykonywania zadań eksperymentalnych (w oryginale: goal directed behavior). To właśnie duża stabilność dezaktywacji w przekroju wielu badań zasugerowała istnienie zorganizowanej aktywności bazowej mózgu zmieniającej się pod wpływem wykonywanych zadań.

Jak zauważają autorzy, uznanie wyników ich obserwacji oraz samego konceptu leżącego u podstaw ich badań jest dyskutowane ze względu na pewne niejasności w nomenklaturze oraz obiekcje w stosunku do modułowego modelu prowadzenia badań. Po pierwsze w środowisku badaczy nie ma zgody co do definicji i charakterystyki pojęcia stanu bazowego. Tematem szeroko dyskutowanym jest również czy w ogóle określony poziom aktywności danego regionu może zostać uznanym za bazowy. Po drugie pod wątpliwość poddawana jest wiarygodność stanu kontrolnego, często wykorzystywanego w badaniach, polegającego na fiksacji wzroku bądź na leżeniu i relaksacji w stanie zachowanej świadomości (osobie badanej nie wolno zasnąć). Przez niektórych badaczy takie zadanie kontrolne uważane jest tylko za kolejną czynność (nie uznają jego „wolności” od działań) która sama w sobie może wywoływać wspomniane wyżej dezaktywacje specyficzne dla zadania przy niezachowaniu zasady czystej insercji.[10] Głosy krytyki w stosunku do poszukiwania aktywności bazowej wyraża choćby publikacja Alexy M. Marcom i Paula C. Fletchera z 2007 roku. Kwestionują oni przydatność stanu spoczynku jako warunku kontrolnego polecając w to miejsce zadanie zgodne z zachowaniem zasady czystej insercji. Ponadto poddają pod wątpliwość twierdzenie, jakoby stan odpoczynku miałby stanowić wymierny warunek do określenia stanu bazowego dla wszystkich obszarów mózgu. Argumentują to między innymi nikłą wiedzą jaką posiadamy na temat wszelkich procesów które mogą mieć miejsce podczas odpoczynku a co za tym idzie towarzyszących im aktywacjom bądź obniżeniem aktywności pewnych regionów. W efekcie kwestionują wartość oraz interpretację wyników badań nad stanem spoczynku oraz podważają rangę do jakiej podniesione zostały aktywacje mózgu w stanie spoczynku, uznawane przez Raichle'go za fundamentalną charakterystykę funkcjonowania tego organu. Ich zdaniem domniemany stan aktywności bazowej ma ograniczoną rolę do odegrania gdy chodzi o wpływ aktywności neuronalnej na zachowanie.

Przedstawione dylematy zostały uznane przez autorów publikacji (Raichle i inn) za istotny czynnik hamujący postęp konceptualny na drodze do wyjaśnienia wcześniej wspominanych charakterystycznych dezaktywacji. [10]



Krytyka nie powstrzymała jednak fali badań jaka nastąpiła po 2001 roku. Odkrywane są kolejne związki między stopniem wykonania zadania a aktywnością DMN, trwają prace nad badaniem wzorców DMN w kolejnych chorobach o podłożu neuronalnym dążąc wykorzystania potencjału diagnostycznego dostrzeganego w w/w zjawisku.


©snauka.pl 2016
wyślij wiadomość