Istota człowieczeństwa. Co sprawia, że jesteśmy wyjątkowi? ebook

W Serii Mistrzowie Psychologii ukazały się dotychczas:

Carol Tavris, Elliot Aronson

Błądzą wszyscy (ale nie ja)

Dlaczego usprawiedliwiamy głupie poglądy, złe decyzje i szkodliwe działania

Richard E. Nisbett

Geografia myślenia

Dlaczego ludzie Wschodu i Zachodu myślą inaczej

Cindy M. Meston, David M. Buss

Dlaczego kobiety uprawiają seks

Motywacje seksualne – od przygody po zemstę

Richard E. Nisbett

Inteligencja – sposoby oddziaływania na IQ

Dlaczego tak ważne są szkoła i kultura

Wiesław Łukaszewski

Udręka życia

Jak ludzie radzą sobie z lękiem przed śmiercią

Ed Diener, Robert Biswas-Diener

Szczęście

Odkrywanie tajemnic bogactwa psychicznego

Bernard Weiner

Emocje moralne, sprawiedliwość i motywacje społeczne

Psychologiczna teoria atrybucji

James R. Flynn

O inteligencji inaczej

Czy jesteśmy mądrzejsi od naszych przodków?

Michael S. Gazzaniga

Kto tu rządzi - ja czy mój mózg?

Neuronauka a istnienie wolnej woli

Dla Rebeki Ann Gazzanigi

– lekarki, uosobienia człowieczeństwa

i ulubionej ciotki wszystkich dzieciaków w okolicy

Historia tej książki zaczęła się dawno temu. Jej początki tkwią gdzieś w akademiku imienia J. Alfreda Prufrocka w California Institute of Technology (Caltech), gdzie ukończyłem studia magisterskie. Miejsce to nazywaliśmy Domem, a ja zajmowałem jedną ze znajdujących się w nim sypialni. Mogę Cię zapewnić, że mieszkańcy wszystkich pozostałych pokojów byli bardziej inteligentni i mądrzejsi ode mnie. Większość studiowała fizykę – wszyscy zrobili później błyskotliwą karierę. Zastanawiali się nad trudnymi problemami i zdołali rozgryźć wiele z nich.

Tym, co wywarło na mnie – młodego adepta nauki, którym wtedy byłem – trwały wpływ, były aspiracje tych nadzwyczaj inteligentnych ludzi. Pracuj nad trudnymi problemami. Pracuj, pracuj, pracuj. Robiłem to i robię nadal. Paradoksalnie problem, któremu poświęciłem całe swoje życie, jest dużo trudniejszy niż te, które próbowali zgłębić moi koledzy z akademika. W uproszczeniu można go wyrazić pytaniem: o co chodzi z tymi ludźmi? Co zaskakujące, mój problem wydawał im się fascynujący, podczas gdy ja nie byłem w stanie pojąć narzędzi teoretycznych, których oni używali na co dzień, starając się rozwiązywać własne problemy. Chociaż regularnie wygrywałem z jednym z nich, fizykiem Normanem Dombeyem, w szachy, po dziś dzień nie jestem pewny, czy naprawdę rozumiem drugie prawo termodynamiki. Tak naprawdę wiem, że go nie rozumiem, podczas gdy Norman wydawał się pojmować wszystko.

Atmosfera tamtych dni była przesycona wszechobecnym przekonaniem, że celem sensownego życia jest wyjaśnianie jego tajemnic. To było bardzo zaraźliwe. Oto więc jestem, próbując sprostać temu samemu wyzwaniu – jakieś czterdzieści pięć lat później. Nie działam jednak w pojedynkę, o nie! Moje zadanie polega na wyjaśnieniu, co to znaczy być człowiekiem. To jasne. Aby więc raz jeszcze wyjść na boisko, poprosiłem o pomoc wszystkich bystrych studentów, z którymi miałem przyjemność pracować.

Ta podróż rozpoczęła się niespełna trzy lata temu, od seminarium, które prowadziłem podczas ostatniego roku pracy w Darthmouth College. Przydzieliłem grupie niezwykłych młodych mężczyzn i kobiet zagadnienia, które pragnąłem zgłębić, a oni zabrali się do dzieła z wielką energią i przenikliwością. Zajmowaliśmy się tym przez jakieś dwa miesiące, a wyniki naszej pracy okazały się nadzwyczaj pouczające. Dwoje z moich studentów złapało bakcyla i ku mojej radości nadal zgłębia tajniki ludzkiego umysłu.

W kolejnym roku prowadziłem swoje pierwsze zajęcia na Uniwersytecie Kalifornijskim w Santa Barbara – uczelni, która nie żałuje środków na badania i stypendia naukowe. Była to grupa pilnych studentów studiów magisterskich, którzy pogłębili tę ewoluującą historię i wzbogacili ją o nowe idee. A później zdarzyło się coś zabawnego.

Okazało się, że mam nowotwór prostaty i muszę się poddać operacji. Możesz mi wierzyć, to był naprawdę zły dzień. Na szczęście trafiłem w ręce znakomitych lekarzy i wyszedłem z tego z pomyślnym rokowaniem. Nie mogłem sobie jednak poradzić z nawałem pracy. Tak się szczęśliwie złożyło, że moja siostra, Rebecca Gazzaniga – prawdopodobnie najwspanialsza osoba, jaka kiedykolwiek stąpała po tej ziemi – była gotowa spróbować czegoś nowego. Rebecca jest lekarką, botanikiem, malarką, mistrzynią sztuki kulinarnej, podróżniczką i ulubioną ciotką wszystkich dzieciaków w okolicy. Okazało się, że jest również wielką miłośniczką nauki, doskonałą pisarką, redaktorem i współpracownicą. Narodziła się nowa gwiazda. Bez jej pomocy ta książka nigdy by nie powstała.

Próbowałem stać się wyrazicielem talentu wielu ludzi – moich studentów i członków rodziny. Robiłem to z dumą i radością, gdyż nadal pamiętam najważniejsze przykazanie obowiązujące w akademiku imienia Prufrocka w Caltech: zastanawiaj się nad wielkimi problemami. Nie myśl o nich, że są poważne. Te problemy stanowią wyzwanie, są inspirujące i ponadczasowe. Ciekawe, co Ty o tym sądzisz.

Za każdym razem, kiedy słyszę, jak Garrison Keillor[1] mówi: "Bądźcie zdrowi, pracujcie jak należy i pozostańcie w kontakcie", uśmiecham się. To przesłanie – chociaż bardzo proste – doskonale oddaje zdumiewającą złożoność człowieka. Inne małpy człekokształtne nie mają takich odczuć. Pomyśl tylko. Przedstawiciele naszego gatunku naprawdę lubią życzyć innym dobrze. Nikt nie mówi: "Okropnego dnia" albo "Obyś wszystko zawalił", a pozostawanie w kontakcie jest czymś, co wszyscy z upodobaniem robimy (o czym doskonale wiedzą producenci telefonów komórkowych), nawet jeśli nie dzieje się nic interesującego.

Keillor uchwycił naturę człowieczeństwa w jednym krótkim zdaniu. Wśród biologów ewolucyjnych krąży doskonale znana historyjka obrazkowa. Przedstawia ona małpę człekokształtną na jednym krańcu linii rozwoju ewolucyjnego, a następnie całą sekwencję form pośrednich – wczesnych hominidów – oraz wysoką, wyprostowaną postać ludzką na drugim krańcu. Dzisiaj już wiemy, że owa linia nie jest taka prosta, lecz ta metafora nadal działa. To prawda, ukształtowaliśmy się w procesie ewolucji. Staliśmy się tym, kim jesteśmy, pod wpływem mechanizmów doboru naturalnego. Mimo to chciałbym nieco zmienić ten rysunek. Widzę, jak człowiek odwraca się z nożem w dłoni i przecina wyimaginowaną linę łączącą go z wcześniejszym ogniwem ewolucji. W ten sposób staje się wolny – może robić rzeczy, które przekraczają możliwości innych zwierząt.

My, ludzie, jesteśmy wyjątkowi. Wszyscy rozwiązujemy problemy – nieustannie i bez wysiłku. Kiedy podchodzimy do drzwi, obładowani torbami pełnymi zakupów, w jednej chwili wiemy, w jaki sposób przekręcić gałkę i otworzyć je przy użyciu małego palca. Ludzki umysł jest tak twórczy i przejawia tak silną skłonność do ożywiania otaczających nas obiektów, że jesteśmy gotowi przypisywać sprawstwo (agency) niemal wszystkiemu – zwierzętom domowym, starym butom i samochodom, naszemu światu i naszym bogom. Wygląda na to, że nie chcemy tkwić samotnie na szczycie piramidy poznawczej – jako najinteligentniejsze istoty na ziemi. Pragniemy, żeby nasze psy oczarowywały nas swoim urokiem osobistym i oddziaływały na nasze emocje. Wyobrażamy sobie, że podobnie jak my, doświadczają żalu, miłości, nienawiści i całej reszty uczuć. Jesteśmy wyjątkowi i trochę nas to przeraża.

W ciągu stuleci tysiące naukowców i filozofów albo uznawały wyjątkowość człowieka, albo uporczywie jej zaprzeczały, poszukując poprzedników wszystkiego, co ludzkie, u innych zwierząt. W ostatnich latach zdolni naukowcy znaleźli u innych gatunków zwierząt antecedenty najrozmaitszych atrybutów, które dotąd uważaliśmy za charakterystyczne wyłącznie dla człowieka. Sądziliśmy na przykład, że jedynie ludzie są zdolni do refleksji nad własnymi myślami, czyli do czegoś, co określa się mianem metapoznania. Myliliśmy się. Dwaj psychologowie z Uniwersytetu Stanu Georgia wykazali, że szczury również przejawiają tę umiejętność. Okazuje się, że szczury wiedzą, czego nie wiedzą. Czy to znaczy, że powinniśmy skończyć z pułapkami na szczury? Nie sądzę.

Wszędzie wokół dostrzegam interesujące różnice i zawsze można powiedzieć, że ten czy inny atrybut występuje również u innych form życia biologicznego. Ralph Greenspan, utalentowany neurobiolog i genetyk z Neuroscience Institute w La Jolla w Kalifornii, postanowił badać zjawisko snu u muszki owocówki.

Pewnego dnia ktoś zapytał go przy obiedzie: "Czy muchy sypiają?" Greenspan odparł: "Nie wiem i nic mnie to nie obchodzi". Później jednak zaczął się nad tym zastanawiać i zdał sobie sprawę, że dzięki badaniu muszki owocówki mógłby się czegoś dowiedzieć o zagadkowym, trudnym do zrozumienia procesie snu. Oto krótka wersja tej historii: muchy śpią, podobnie jak my. Co jeszcze bardziej istotne, podczas snu i czuwania u much i u ludzi następuje ekspresja tych samych genów. Wyniki najnowszych badań Greenspana dowodzą, że sypiają nawet pierwotniaki. Dobry Boże!

Rzecz w tym, że przeważającą część ludzkiej aktywności można powiązać z pewnymi poprzednikami występującymi u innych zwierząt. Jednakże ci, którzy zachłystują się tym faktem, zapominają o doniosłej roli ludzkiego doświadczenia. W kolejnych rozdziałach tej książki przyjrzymy się danym dotyczącym naszego mózgu, umysłu i świata społecznego, naszych uczuć i twórczości artystycznej, naszej skłonności do przypisywania sprawstwa, naszej świadomości oraz rosnącej wiedzy o tym, że niektóre części naszego mózgu można zastąpić elementami krzemowymi. Z wszystkich tych rozważań wynika jeden oczywisty wniosek. Chociaż jesteśmy zbudowani z tych samych substancji chemicznych i przejawiamy podobne reakcje fizjologiczne, bardzo się różnimy od innych zwierząt. Podobnie jak gaz może stać się cieczą, która z kolei może się przekształcić w ciało stałe, w toku ewolucji następują swoiste przemiany fazowe – zmiany tak zasadnicze, że niemal nie sposób uwierzyć, iż powstałe w ten sposób byty są zbudowane z tych samych elementów składowych. Mgła składa się z tej samej substancji, co góra lodowa. W złożonych relacjach ze środowiskiem podobne substancje o jednakowej strukturze chemicznej mogą stać się bardzo różne pod względem swych rzeczywistych właściwości i form.

Myślę, że coś w rodzaju przemiany fazowej towarzyszyło ewolucyjnemu przeistoczeniu pradawnych humanoidów w człowieka. Nigdy nie znajdziemy uniwersalnego wyjaśnienia, które by wytłumaczyło nasze spektakularne możliwości i aspiracje, czy też naszą umiejętność podróżowania w wyobraźni po niemal nieskończonym świecie, który wykracza daleko poza granice doraźnej egzystencji. Chociaż na wiele sposobów jesteśmy połączeni ze światem biologicznym, z którego się wywodzimy, i w wielu wypadkach mamy podobne struktury umysłowe, bardzo się różnimy od pozostałych gatunków zwierząt. Mimo że dzielimy z nimi większość genów i struktur mózgowych, na każdym kroku ujawniają się istotne różnice. Jakkolwiek my, ludzie, umiemy wytwarzać misterną biżuterię za pomocą tokarek, podobnie jak szympansy potrafią rozłupywać orzechy przy użyciu kamieni, tak naprawdę dzielą nas lata świetlne. I chociaż nasz pies może sprawiać wrażenie pełnego empatii, żaden domowy zwierzak nie pojmuje różnicy między smutkiem a litością.

Nastąpiła przemiana fazowa, a stało się to na skutek wielu zmian, jakie zaszły w naszych mózgach i umysłach. Ta książka jest opowieścią o naszej wyjątkowości i o tym, jak dotarliśmy do miejsca, w którym dzisiaj jesteśmy. Ja sam uwielbiam nasz gatunek. Zawsze tak było. Nigdy nie zamierzałem lekceważyć naszych sukcesów ani umniejszać naszej dominacji we wszechświecie. Wyruszmy zatem w podróż, która pomoże nam zrozumieć, dlaczego człowiek jest istotą wyjątkową. Wierzę, że będziemy się przy tym świetnie bawić.

Mózg jest narządem, który odróżnia nas od innych gatunków. Tym, co czyni nas wyjątkowymi, nie jest siła naszych mięśni ani wytrzymałość kości, ale nasz mózg.

Pasko T. Rakic (1999). "Great Issues for Medicine in the Twenty-First Century".

Annals of the New York Academy of Sciences, 882, s. 66

Wybitny psycholog David Premack ubolewał kiedyś: "Dlaczego [równie wybitny] biolog E. O. Wilson z odległości stu metrów dostrzega różnicę między dwoma gatunkami mrówek, ale nie widzi różnicy między mrówką a człowiekiem?" Ta dowcipna uwaga obrazuje ostre różnice zdań na temat wyjątkowości naszego gatunku. Wydaje się, że połowa świata naukowego umiejscawia człowieka na kontinuum wraz z innymi gatunkami zwierząt, podczas gdy pozostali naukowcy dostrzegają przepaść między zwierzętami a ludźmi – widzą dwie odrębne grupy. Spór ten toczy się od wielu lat i z pewnością nie zostanie rozstrzygnięty w najbliższej przyszłości. W końcu my, ludzie, dzielimy się na "scalaczy" i "rozłamowców" – tych, którzy skupiają się na podobieństwach, i tych, którzy dostrzegają przede wszystkim różnice.

Pragnę rozważyć tę kwestię ze szczególnej perspektywy. Twierdzenie, że skoro (na przykład) zachowania społeczne występują zarówno u ludzi, jak i u mrówek, to ludzkie zachowania społeczne nie są niczym wyjątkowym, wydaje mi się niezbyt sensowne. F-16 i Piper Cub[1] to samoloty – oba działają zgodnie z prawami fizyki i oba mogą Cię przenieść z punktu A do punktu B, ale poza tym bardzo się różnią. Na początek warto zatem uświadomić sobie ogromne różnice między umysłem i mózgiem człowieka a umysłami i mózgami innych zwierząt i dowiedzieć się, które struktury, procesy i zdolności występują wyłącznie u ludzi.

Nigdy nie mogłem zrozumieć, dlaczego tak wielu neurobiologów strasznie się denerwuje, kiedy ktoś zadaje im pytanie, czy ludzki mózg pod pewnymi względami może być wyjątkowy. Dlaczego łatwo im zaakceptować istnienie widocznych różnic fizycznych, które sprawiają, że jesteśmy jedyni w swoim rodzaju, ale różnice w budowie i funkcjonowaniu mózgu okazują się tematem nader drażliwym? Niedawno zadałem grupie neurobiologów takie pytanie: "Gdybyś rejestrował impulsy elektryczne wytwarzane przez wycinek hipokampa umieszczony na szkiełku laboratoryjnym i gdybyś nie wiedział, czy pochodzi on z mózgu myszy, małpy, czy człowieka, to czy potrafiłbyś je odróżnić na podstawie samej tylko aktywności elektrycznej? Innymi słowy, czy w ludzkich neuronach jest coś wyjątkowego? Czy przyszły konstruktor mózgów będzie potrzebował właśnie takich neuronów, aby zbudować ludzki mózg, czy też wystarczą mu neurony małpy albo myszy? Czyż nie zakładamy wszyscy, że w samym neuronie nie ma niczego szczególnego, a sekret człowieczeństwa kryje się w subtelnościach schematu połączeń nerwowych w mózgu?

Odpowiedzi neurobiologów można podzielić na parę kategorii. "Komórka to komórka. To uniwersalna jednostka przetwarzania, która u pszczoły i człowieka różni się jedynie wielkością. Jeśli więc odpowiednio wyskalujesz komórki piramidowe myszy, małpy i człowieka, to nie zdołasz ich od siebie odróżnić nawet z pomocą Pytii". Aha! Kiedy więc badamy komórki nerwowe myszy czy mrówki, to analizujemy mechanizmy, które niczym się nie różnią od tych występujących w ludzkich neuronach. Koniec, kropka.

A oto inna odpowiedź: "Gatunki zwierząt różnią się pod względem typów neuronów występujących w mózgu oraz sposobów, w jaki one reagują. Myślę jednak, że u ssaków neuron jest neuronem. Tym, co determinuje funkcje neuronu, są jego właściwości na wejściu i na wyjściu oraz budowa połączeń synaptycznych". Bum! I w tym wypadku zakładamy, że fizjologia neuronu zwierzęcego jest taka sama jak u człowieka. Bez tego założenia mozolne badanie tych neuronów nie miałoby większego sensu. Oczywiście są pewne podobieństwa. Ale czy nie ma żadnych różnic?

Ludzie są wyjątkowi. W jaki sposób i dlaczego – oto pytanie, które od stuleci nurtuje uczonych, filozofów, a nawet prawników. Próby ustalenia, co odróżnia człowieka od zwierząt, dają początek zaciekłym sporom o idee i znaczenie zgromadzonych danych, a gdy opada bitewny pył, odkrywamy, że uzyskaliśmy nowe informacje, na których można budować lepsze i bardziej spójne teorie. Co interesujące, wydaje się, że w trakcie tych zmagań wiele przeciwstawnych idei okazuje się przynajmniej częściowo słusznych.

Jakkolwiek oczywisty wydaje się fakt, że ludzie są wyjątkowi pod względem fizycznym, nie ulega wątpliwości, że różnimy się od innych zwierząt na wiele innych, daleko bardziej złożonych sposobów. Tworzymy sztukę, spaghetti z sosem bolońskim i skomplikowane urządzenia, a niektórzy z nas rozumieją fizykę kwantową. Wszyscy doskonale wiemy, że to nasz mózg pociąga za sznurki, ale potrzebujemy pomocy neurobiologa, aby zrozumieć, jak to się dzieje. Jak bardzo jesteśmy wyjątkowi i w jaki sposób?

Mechanizmy, poprzez które mózg kieruje ludzkimi myślami i działaniami, pozostają w dużej mierze niewyjaśnione. Jedną z wielu niewiadomych jest fascynujące pytanie dotyczące tego, w jaki sposób myśl wydostaje się z głębin nieświadomości i staje się świadoma. W miarę rozwoju coraz bardziej zaawansowanych metod badania mózgu część zagadek znajduje rozwiązanie, wydaje się jednak, że wyjaśnienie jednej tajemnicy często prowadzi do powstania wielu innych. Badania prowadzone przy użyciu technik neuroobrazowania podały w wątpliwość niektóre spośród powszechnie przyjętych twierdzeń dotyczących funkcjonowania mózgu i obaliły wiele nieprawdziwych przekonań. Na przykład pogląd, że mózg jest generalistą, który wszystkie docierające doń informacje przetwarza w taki sam sposób, a następnie łączy je ze sobą, jest dzisiaj mniej popularny niż jeszcze piętnaście lat temu. Badania neuroobrazowe wykazały, że określone rodzaje informacji aktywizują konkretne, wyspecjalizowane części mózgu. Kiedy patrzysz na jakieś narzędzie (przedmiot wykonany przez człowieka w konkretnym celu), w czynność tę nie angażuje się cały Twój mózg, lecz jego określona część, odpowiedzialna za badanie narzędzi.

Odkrycia naukowe dokonane w tej dziedzinie nasuwają wiele nowych pytań. Ile jest typów informacji, które pobudzają konkretne, przypisane im okolice mózgu? Jakie informacje aktywizują każdą z tych okolic? Dlaczego w naszym mózgu istnieją wyspecjalizowane okolice odpowiedzialne za te, a nie inne formy aktywności? Co się dzieje, kiedy nie ma w nim obszaru aktywizującego się w reakcji na dany typ informacji? Co prawda zaawansowane techniki neuroobrazowania mogą nam pokazać, które części mózgu uczestniczą w wytwarzaniu określonych typów myśli i działań, ale nie wyjaśniają, co się dzieje w danej okolicy mózgu. Korę mózgową uważa się dzisiaj za "chyba najbardziej skomplikowany obiekt znany nauce"[2].

Nasz mózg sam w sobie jest niezwykle złożony, a wielka liczba dyscyplin naukowych, które zajmują się jego badaniem[3], doprowadziła do powstania tysięcy dziedzin wiedzy dotyczącej tego organu. Uporządkowanie tego ogromu danych graniczy z cudem. Terminy używane przez przedstawicieli jednej dyscypliny często mają odmienne znaczenie na gruncie innych dyscyplin. Wyniki badań bywają wypaczane na skutek błędnej interpretacji i stają się podstawą nieprawdziwych teorii (bądź przesłanką do obalenia trafnych modeli), które często utrzymują się przez dziesiątki lat, zanim ktoś je zakwestionuje albo podda weryfikacji. Politycy oraz inni uczestnicy życia publicznego nierzadko ignorują wyniki badań naukowych albo błędnie je interpretują, aby dopasować je do swoich celów, a czasami nie dopuszczają do ujawnienia niewygodnych dla siebie ustaleń badawczych. Nie powinniśmy się jednak zniechęcać! Naukowcy są niczym pies, który znalazł kość – z determinacją wgryzają się w badane zagadnienie, starając się wyjaśnić je do końca.

Poszukiwania źródeł wyjątkowości człowieka rozpocznijmy w sposób, w jaki poszukiwano ich w przeszłości – przyglądając się mózgowi. Czy jego wygląd może nam powiedzieć coś istotnego?

Wielki mózg – wielkie idee?

Jak sama nazwa wskazuje, neuroanatomia porównawcza zajmuje się porównywaniem mózgów różnych gatunków zwierząt pod względem ich wielkości i budowy. To ważne, ponieważ aby zrozumieć, na czym polega wyjątkowość ludzkiego mózgu (albo jakiegokolwiek innego), musimy się dowiedzieć, pod jakimi względami mózgi różnych gatunków są do siebie podobne, a pod jakimi się różnią. Dawniej zadanie to było stosunkowo łatwe i nie wymagało skomplikowanych narzędzi – wystarczała ostra piła i dokładna waga (do połowy XIX wieku były to zresztą jedyne dostępne instrumenty). Potem Karol Darwin opublikował swoje dzieło O powstawaniu gatunków i w centrum uwagi znalazło się pytanie o to, czy człowiek pochodzi od małpy, a wraz z nim – neuroanatomia porównawcza i mózg.

W historii neuronauki przyjmowano kilka istotnych założeń. Według jednego z nich wzrost możliwości poznawczych wiąże się z powiększaniem się mózgu w ciągu ewolucyjnych dziejów naszego gatunku. Zwolennikiem tego poglądu był sam Darwin, który napisał: "Ale jakkolwiek różnica między umysłem człowieka a umysłem najwyższych zwierząt, jest olbrzymią, każdy przyzna, że jest ona ilościową tylko, a nie jakościową, czyli że stosuje się jedynie do stopnia rozwoju"[4]. Przekonanie to podzielał sojusznik Darwina, neuroanatom Thomas Henry Huxley, który twierdził, że jedyną wyjątkową cechą ludzkiego mózgu jest jego wielkość[5]. Popularność poglądu, że mózgi wszystkich ssaków składają się z jednakowych elementów, ale w miarę powiększania się mózgu jego funkcjonowanie stawało się coraz bardziej złożone, doprowadziła do opracowania liniowego modelu rozwoju filogenetycznego, który część nas pamięta ze szkoły. W modelu tym człowiek zajmuje miejsce na szczycie drabiny ewolucyjnej, a nie na gałęzi drzewa filogenetycznego[6]. Ralph Halloway, który jest dzisiaj profesorem antropologii na Uniwersytecie Columbia w Nowym Jorku, zakwestionował słuszność tego poglądu. W latach sześćdziesiątych XX wieku zasugerował on, że ewolucyjne zmiany pod względem możliwości poznawczych stanowią wynik reorganizacji struktur mózgowych, a nie tylko powiększania się mózgu[7]. Różnica zdań dotycząca tego, w jaki sposób ludzki mózg różni się od mózgów innych zwierząt (a także tego, w jaki sposób mózgi innych zwierząt różnią się między sobą), istnieje do dziś.

Todd M. Preuss, neurobiolog z Narodowego Ośrodka Badań Naczelnych im. Roberta Yerkesa, wyjaśnia, dlaczego kwestia ta jest tak kontrowersyjna i dlaczego nowe odkrycia naukowe wskazujące na istnienie różnic pod względem struktury połączeń nerwowych w mózgu uznaje się za "kłopotliwe"[8]. Wiele uogólnień dotyczących organizacji struktur korowych opiera się na założeniu "ilościowym", które skłania naukowców do przekonania, że ustalenia badawcze poczynione przy użyciu modeli budowy mózgu innych ssaków, na przykład szczurów czy małp, można ekstrapolować na człowieka. Jeśli założenie to jest błędne, pociąga to za sobą istotne skutki, które przenikają do wielu innych dyscyplin naukowych, takich jak antropologia, psychologia, paleontologia czy socjologia. Według Preussa należy prowadzić badania porównawcze mózgów ssaków, zamiast wykorzystywać mózg (na przykład) szczura jako model funkcjonowania ludzkiego mózgu, tylko na mniejszą skalę. Preuss oraz inni badacze wykazali, że na poziomie mikroskopowym mózgi różnych gatunków ssaków istotnie się od siebie różnią[9].

Czy założenie ilościowe jest słuszne? Wydaje się, że nie. Mózgi wielu ssaków są większe niż mózg człowieka (w kategoriach wielkości bezwzględnej). Płetwal błękitny ma mózg pięciokrotnie większy od mózgu ludzkiego[10]. Czy jest pięć razy bardziej inteligentny? Bardzo wątpliwe. Jego mózg musi kontrolować dużo większe ciało i odznacza się prostszą budową. Jakkolwiek dla kapitana Ahaba[11] wieloryb (kaszalot, którego mózg również jest większy od ludzkiego) stanowił inspirację intelektualną, nie jest to doświadczenie powszechne. Może więc ważna jest proporcjonalna (allometryczna) wielkość mózgu, czyli jego wielkość w stosunku do rozmiarów całego ciała, zwana często względną wielkością mózgu. Przy takim sposobie obliczania różnic pod względem wielkości mózgu wieloryb wraca na swoje miejsce – masa jego mózgu to zaledwie 0,1% całkowitej masy ciała, podczas gdy masa ludzkiego mózgu stanowi 2% całkowitej masy ciała. Zwróćmy jednak uwagę na mózg szczuroskoczka (niewielkiego gryzonia z rodziny myszkowatych), którego masa stanowi aż 10% całkowitej masy ciała tego zwierzątka. Już na początku XIX wieku anatom Georges Cuvier stwierdził: "Kiedy wszystkie pozostałe parametry są takie same, mniejsze zwierzęta mają proporcjonalnie większy mózg"[12]. Jak się okazuje, względna wielkość mózgu wzrasta w możliwy do przewidzenia sposób wraz ze spadkiem całkowitej masy ciała.

Jednakże mózg człowieka jest od czterech od pięciu razy większy, niż można się spodziewać u przeciętnego ssaka podobnej wielkości[13]. De facto w całej linii hominidów (małp człekokształtnych), z których wyewoluował nasz gatunek, wielkość mózgu rosła dużo szybciej niż masa ciała. Podobnego zjawiska nie stwierdzono u innych naczelnych, a ludzki mózg gwałtownie urósł po rozdzieleniu się linii ewolucyjnych człowieka i szympansa[14]. Podczas gdy mózg szympansa waży mniej więcej 400 gramów, masa mózgu człowieka wynosi około 1300 gramów[15]. Rzeczywiście mamy wielki mózg. Czy właśnie ta cecha ludzkiego mózgu jest wyjątkowa i może wyjaśnić nasze możliwości intelektualne?

Pamiętasz neandertalczyków? Homo neanderthalensis ważył mniej więcej tyle samo, co człowiek współczesny[16], ale pojemność jego czaszki była nieco większa niż u Homo sapiens (odpowiednio: 1520 cm3 i 1340 cm3, miał więc proporcjonalnie większy mózg. Czy był równie inteligentny jak dzisiejszy człowiek? Neandertalczycy wytwarzali narzędzia i – jak się wydaje – sprowadzali surowce z odległych miejsc; opracowali wystandaryzowane techniki wytwarzania włóczni i narzędzi[17]; a około 50 000 lat temu zaczęli malować swoje ciała i grzebać zmarłych[18]. Według wielu badaczy czynności te wskazują na pewną samoświadomość i na początki myślenia symbolicznego[19], które jest szczególnie istotne, ponieważ – jak się uważa – stanowi podstawowy komponent ludzkiej mowy[20]. Nie wiemy, w jakim stopniu neandertalczycy opanowali mowę, nie ulega jednak wątpliwości, że ich kultura materialna była dużo mniej złożona niż kultura współczesnego Homo sapiens[21]. Chociaż wielki mózg neandertalczyka nie był równie sprawny, jak mniejszy od niego mózg Homo sapiens, z pewnością przewyższał pod względem stopnia zaawansowania mózg szympansa. Inny problem związany z teorią dużego mózgu polega na tym, że w historii naszego gatunku mózg Homo sapiens zmniejszył się o około 150 cm3, podczas gdy nasza kultura i struktury społeczne stały się dużo bardziej złożone. Może więc względna wielkość mózgu ma istotne znaczenie, z pewnością jednak nie jest jedynym ważnym czynnikiem, co nie powinno nas dziwić, zważywszy na fakt, że mamy do czynienia z "chyba najbardziej złożonym obiektem znanym nauce".

Z mojej perspektywy twierdzenie o decydującej roli wielkości mózgu nigdy nie wydawało się przekonujące. Od czterdziestu pięciu lat badam osoby z rozszczepionym mózgiem – pacjentów, u których operacyjnie rozdzielono półkule mózgu, aby usunąć objawy epilepsji. Po operacji lewa półkula nie komunikuje się z prawą, a co za tym idzie – każda z nich funkcjonuje osobno. W ten sposób mózg złożony z połączonych półkul mózgowych, ważący około 1340 gramów, staje się mózgiem pojedynczym o wadze 670 gramów. Co się dzieje z inteligencją?

No cóż, niewiele. W toku ewolucji nastąpiła specjalizacja półkul ludzkiego mózgu. Lewa półkula jest jego inteligentną połową – tą, która myśli, mówi i formułuje hipotezy. Prawa półkula tego nie potrafi i jeśli chodzi o myślenie symboliczne, jest ubogą krewną lewej półkuli, chociaż góruje nad tą ostatnią pod względem pewnych umiejętności, zwłaszcza w dziedzinie percepcji wzrokowej. Z punktu widzenia naszych obecnych rozważań najistotniejszy jest jednak fakt, że po rozdzieleniu półkul mózgowych lewa półkula zachowuje równie wysoki poziom sprawności poznawczej jak przed operacją, która pozbawiła ją kontaktu z ważącą 670 gramów prawą połową mózgu. Inteligencja mózgu zależy od czegoś więcej niż tylko od jego wielkości.

Zanim przejdziemy do kolejnego zagadnienia, rozważmy ekscytujące informacje uzyskane na gruncie genetyki. Najnowsze badania genetyczne rewolucjonizują wiele dyscyplin, między innymi neuronaukę. Tym z nas, którzy są fanami doboru naturalnego, rozsądne wydaje się założenie, że gwałtowny wzrost wielkości mózgu stanowi wynik doboru naturalnego, na który składa się wiele mechanizmów. Geny to specyficzne czynnościowo fragmenty chromosomów (mikroskopijnych nitkowatych struktur, które występują w jądrach wszystkich komórek i są nośnikami cech dziedzicznych), złożone z sekwencji DNA[22]. Czasami sekwencje te nieznacznie się różnią, a co za tym idzie – wyniki ekspresji danego genu mogą być pod pewnymi względami zróżnicowane. Takie zróżnicowane sekwencje DNA nazywamy allelami. Na przykład gen kodujący kolor kwiatów danej rośliny może występować w kilku wariantach różniących się kolejnością par zasad, co skutkuje różnym zabarwieniem płatków. Kiedy jakiś allel wywiera na dany organizm istotny i pozytywny wpływ, zwiększając jego szanse na przetrwanie albo pozwalając mu na pozostawienie po sobie liczniejszego potomstwa, mamy do czynienia z doborem pozytywnym (lub kierunkowym). Dobór naturalny faworyzuje ten wariant genu, wskutek czego częstość jego występowania szybko wzrasta.

Chociaż nie znamy funkcji wszystkich genów, wiemy, że w proces rozwoju ludzkiego mózgu zaangażowanych jest wiele genów, które różnią się od tych występujących u innych ssaków, a w szczególności u pozostałych naczelnych[23]. W trakcie rozwoju embrionalnego geny te decydują o liczbie neuronów i wielkości mózgu. Gatunki nie różnią się istotnie pod względem genów odpowiedzialnych za utrzymanie prawidłowego działania układu nerwowego, czyli tych, które determinują podstawowe funkcje komórek, takie jak metabolizm czy synteza białek[24]. Wyodrębniono jednak dwa geny, które regulują wielkość mózgu: mikrocefalinę[25] i ASPM (abnormal spindle-like microcephally-related gene)[26]. Zostały one odkryte, ponieważ mutacja tych dwóch genów wywołuje zaburzenie, które zostaje przekazane potomstwu. Defekt któregokolwiek z tych genów prowadzi do małogłowia pierwotnego – zaburzenia neurorozwojowego dziedziczonego autosomalnie recesywnie[27]. Można wskazać dwie podstawowe cechy charakteryzujące to zaburzenie: wyraźnie zmniejszony obwód głowy, związany z małymi rozmiarami mózgu (który poza tym jest zbudowany normalnie), oraz niepostępujące upośledzenie umysłowe. Oba geny zostały nazwane od choroby, którą wywołują, jeśli są wadliwe[28]. U osób z małogłowiem obserwuje się przede wszystkim zmniejszenie kory mózgowej (zapamiętaj ten fakt). Ich mózg jest tak mały (trzy odchylenia standardowe poniżej normy), że przypomina mózg pierwszych hominidów!

Badania przeprowadzone ostatnio w laboratorium Bruce’a Lahna, profesora genetyki z Uniwersytetu w Chicago oraz Instytutu Medycznego Howarda Hughesa, wykazały, że w trakcie ewolucji naszego gatunku oba geny istotnie się zmieniły pod naciskiem doboru naturalnego. Mikrocefalina (bez defektu) ulegała przyspieszonej ewolucji od początku rozwoju ewolucyjnego naczelnych[29], a gen ASPM (także bez defektu) ewoluował najszybciej po rozdzieleniu się linii ludzi i szympansów[30], z czego można wnioskować, że te dwa geny przyczyniły się do gwałtownego wzrostu mózgu u naszych przodków.

Pojęcie przyspieszonej ewolucji należy rozumieć dosłownie. Te dwa geny okazały się wielkimi hitami, które kształtowały u swoich nosicieli cechę zapewniającą im oczywistą przewagę konkurencyjną. Każdy, kto je miał, pozostawiał po sobie bardziej liczne potomstwo, wskutek czego geny te stały się dominujące. Badacze nie poprzestali na tym odkryciu, lecz zaczęli się zastanawiać, czy w tych dwóch genach może się kryć odpowiedź na pytanie o to, czy ludzki mózg nadal ulega ewolucyjnym zmianom. Okazało się, że może, a odpowiedź na wspomniane pytanie brzmi: tak, ewolucja ludzkiego mózgu trwa. Genetycy doszli do wniosku, że jeśli jakiś gen wyewoluował jako adaptacja w toku rozwoju naszego gatunku – tak jak dwa geny, które spowodowały wzrost mózgu – to może on nadal ulegać procesowi ewolucji. Jak można się tego dowiedzieć?

Naukowcy przebadali próbę zróżnicowaną pod względem etnicznym i geograficznym, porównując sekwencje genetyczne ludzi z całego świata. Ustalili, że ludzie różnią się pod względem sekwencji par zasad w genach odpowiedzialnych za rozwój układu nerwowego. Takie zróżnicowanie określamy mianem polimorfizmu. Poprzez analizę wzorców polimorfizmu i rozkładu geograficznego u ludzi i szympansów przy użyciu prawdopodobieństwa genetycznego oraz innych metod badacze dowiedli, że niektóre z tych genów nadal ulegają u ludzi procesowi doboru pozytywnego. Obliczyli, że jeden z genetycznych wariantów mikrocefaliny powstał około 37 000 lat temu, co zbiega się w czasie z pojawieniem się współczesnych (w sensie kulturowym) ludzi. Częstość występowania tego wariantu wzrosła zbyt szybko, aby można to było uznać za skutek dryfu genetycznego albo migracji ludności. Wskazuje to na zjawisko doboru pozytywnego[31]. Jeden z wariantów genu ASPM pojawił się około 5800 lat temu, co z kolei zbiegło się w czasie z rozpowszechnieniem się rolnictwa, powstaniem dużych miast i narodzinami języka pisanego. I w tym wypadku częstość występowania tego wariantu w populacji jest tak duża, że wskazuje to na silny dobór pozytywny[32].

Wszystko to brzmi obiecująco. Mamy wielkie mózgi. Niektóre z tych wielkich mózgów odkryły przynajmniej część genów kodujących duży mózg, a geny te – jak się wydaje – zmieniły się w decydujących momentach ewolucji naszego gatunku. Czy nie znaczy to, że to one są przyczyną całego zamieszania i to one czynią nas wyjątkowymi? Jeżeli sądzisz, że już na początku pierwszego rozdziału poznasz odpowiedź na nurtujące nas pytanie, to najwyraźniej nie robisz dobrego użytku ze swojego wielkiego mózgu. Nie wiemy, czy zmiany genetyczne spowodowały przemiany kulturowe, czy też związek między nimi miał charakter synergiczny[33], a jeśli nawet mamy tu do czynienia z zależnością przyczynową, to co tak naprawdę dzieje się w tych wielkich mózgach i jak to się dzieje? Czy procesy te przebiegają wyłącznie w naszych mózgach, czy również – chociaż w mniejszym stopniu – w mózgach naszych kuzynów, szympansów[34]?

Budowa mózgu

Budowę mózgu można analizować na trzech poziomach – na poziomie okolic mózgowych, typów komórek i cząsteczek. Jak pamiętasz, powiedziałem wcześniej, że prowadzenie badań neuroanatomicznych było kiedyś stosunkowo łatwe. Wybitny psycholog eksperymentalny Karl Lashley poradził niegdyś mojemu mentorowi, Rogerowi Sperry’emu: "Nie nauczaj, a jeśli już musisz to robić, ucz neuroanatomii, ponieważ ona nigdy się nie zmienia". No cóż, od tego czasu wiele się zmieniło. Możemy nie tylko badać wycinki mózgu pod mikroskopem przy użyciu licznych technik barwienia, ale mamy też do dyspozycji wiele innych metod chemicznych, takich jak technika znakowania radioaktywnego, fluorescencja, badania histochemiczne oraz immunohistochemiczne, rozmaite techniki neuroobrazowania i tak dalej. Tym, co nas ogranicza, jest dostępność materiału do badań. Mózgi naczelnych okazują się trudne do zdobycia. Szympansy figurują na liście gatunków zagrożonych, a mózgi goryli i orangutanów nie są dużo bardziej dostępne. Co prawda na świecie żyje mnóstwo ludzi wyposażonych w duże mózgi, ale bardzo nieliczni są gotowi rozstać się ze swymi dwiema półkulami. Badania prowadzone na innych gatunkach są często inwazyjne i zabójcze, a co za tym idzie – nie cieszą się popularnością wśród przedstawicieli Homo sapiens. Badania neuroobrazowe trudno się prowadzi wśród przedstawicieli innych gatunków naczelnych – niełatwo nakłonić goryla, żeby leżał spokojnie. Mimo wszystko dysponujemy wieloma narzędziami, które dostarczają nam całej masy informacji, a jednak nie wiemy jeszcze wszystkiego, czego moglibyśmy się dowiedzieć. Prawdę mówiąc, tylko niewielka część zgromadzonej przez nas wiedzy jest pewna. Chociaż fakt ten gwarantuje neuronaukowcom bezpieczeństwo zatrudnienia, spore luki w zgromadzonej wiedzy stanowią źródło spekulacji i sporów.

Okolice mózgowe

Co wiemy na temat ewolucji mózgu? Czy mózg powiększał się równomiernie, czy też rosły tylko niektóre jego części?

Oto kilka przydatnych definicji. Kora mózgowa to zewnętrzna część mózgu. Ma wielkość dużej ścierki do naczyń, jest pofałdowana i spoczywa na pozostałej części mózgu. Składa się z sześciu warstw komórek nerwowych i łączących je szlaków nerwowych. Różnica pod względem wielkości między mózgiem człowieka a mózgami pozostałych naczelnych wynika przede wszystkim z powiększenia kory mózgowej u przedstawicieli naszego gatunku. W korze mózgowej znajduje się wiele połączeń nerwowych. Spośród wszystkich połączeń mózgowych 75% mieści się właśnie w korze, a pozostałe 25% stanowią połączenia wejściowe i wyjściowe z innymi częściami mózgu i układu nerwowego[35].

Kora nowa (neocortex) to najmłodsza ewolucyjnie część kory mózgowej, w której przebiegają procesy spostrzegania zmysłowego, inicjowania ruchu, orientacji przestrzennej, świadomego myślenia oraz – u nas, przedstawicieli gatunku Homo sapiens – procesy językowe. Kora nowa dzieli się anatomicznie na cztery płaty: płat czołowy oraz trzy płaty tylne – ciemieniowy, skroniowy i potyliczny. Wszyscy zgadzają się co do tego, że u naczelnych (nie wyłączając człowieka) kora nowa jest wyjątkowo duża. U jeża neocortex stanowi 16% masy całego mózgu, u małpiatek z rodziny galago – 46%, a u szympansa – 76%. U człowieka kora nowa jest jeszcze większa[36].

Co to znaczy, kiedy jakaś część mózgu wyraźnie się powiększa? W wypadku wzrostu równomiernego (proporcjonalnego) wszystkie części powiększają się w takim samym stopniu. Jeśli mózg powiększa się dwukrotnie, to każda z jego części jest dwa razy większa niż poprzednio. W wypadku wzrostu nieproporcjonalnego jedna z części mózgu powiększa się bardziej niż pozostałe. Powiększaniu się okolic mózgowych towarzyszy na ogół zmiana ich struktury wewnętrznej – podobnie jak w wypadku przedsiębiorstwa. Ty i Twój kumpel konstruujecie jakiś nowy gadżet i sprzedajecie kilka sztuk. Kiedy Wasz produkt staje się popularny, musicie zatrudnić więcej osób do produkcji. Po pewnym czasie potrzebujecie sekretarki i handlowca, a w końcu zatrudniacie specjalistów.

To samo dzieje się w mózgu. Gdy jedna z okolic się powiększa, część struktury mózgowej odpowiedzialnej za konkretną formę aktywności może się podzielić na mniejsze jednostki. Kiedy mózg rośnie, tak naprawdę zwiększa się liczba neuronów, ale ich wielkość jest względnie stała u wszystkich gatunków. Każdy neuron może się połączyć z ograniczoną liczbą innych neuronów. Pomimo wzrostu liczby neuronów bezwzględna liczba połączeń, jakie może wytworzyć każdy z nich, pozostaje więc niezmieniona. W większości wypadków w miarę jak bezwzględna wielkość mózgu rośnie, proporcjonalna liczba połączeń mózgowych maleje. Dany neuron nie może się połączyć z wszystkimi pozostałymi. Ludzki mózg składa się z miliardów neuronów, które tworzą lokalne obwody. Jeśli obwody te są ułożone piętrowo – niczym warstwy tortu – to tworzą okolice korowe. Jeśli łączą się w skupiska nie wykazujące budowy warstwowej, to takie struktury nazywamy jądrami. Okolice i jądra łączą się ze sobą, tworząc systemy. Według George’a Striedtera[37] z Uniwersytetu Kalifornijskiego w Irvine zmiany liczby połączeń nerwowych związane z powiększaniem się mózgu mogą ograniczać ten proces, ponieważ decydują o tym, jak duży może stać się mózg, nie tracąc wewnętrznej spójności. Zdaniem Striedtera mogło to stanowić siłę napędową powstawania innowacji ewolucyjnych, które pozwalają na rozwiązanie tego problemu. Mniejsza liczba gęsto upakowanych połączeń nerwowych zmusza mózg do specjalizacji, tworzenia lokalnych obwodów i automatyzacji. Na ogół jednak – jak dowodzi Terrence Deacon, profesor neuronauki i antropologii biologicznej z Uniwersytetu Kalifornijskiego w Berkeley – im większy obszar mózgu, tym lepiej jest połączony[38].

Przejdźmy teraz do istotnej kwestii spornej: czy kora nowa powiększyła się równomiernie, czy też niektóre jej części stały się nieproporcjonalnie duże, a jeśli tak, to które? Zacznijmy od płata potylicznego, w którym mieści się między innymi pierwotna kora wzrokowa (zwana również korą prążkowaną). U szympansów stanowi ona 5% całej kory nowej, podczas gdy u człowieka – tylko 2%, a więc mniej, niż można się spodziewać. Jak to wytłumaczyć? Czy nasza kora wzrokowa się skurczyła, czy też jakaś inna część neocortex stała się większa? Okazuje się, że ludzka kora prążkowana jest tak duża, jak można się tego spodziewać u małpy człekokształtnej naszej wielkości. Wydaje się więc mało prawdopodobne, że okolica ta skurczyła się w toku ewolucji. Należy raczej przypuszczać, że inne części kory się powiększyły[39]. Wspomniany wcześniej spór dotyczy tego, które okolice korowe stały się większe.

Do niedawna uważano, że płat czołowy jest u ludzi proporcjonalnie większy niż u innych naczelnych. Wcześniejsze analizy tego zagadnienia opierały się na badaniach prowadzonych na gatunkach innych niż naczelne i naczelnych nienależących do małp człekokształtnych. Ponadto stosowano w nich niespójne nazewnictwo i zróżnicowane modele podziału mózgu na części[40]. W 1997 roku Katerina Semendeferi i jej współpracownicy opublikowali wyniki badania, w którym porównali wielkość i objętość płatów czołowych dziesięciu żyjących przedstawicieli gatunku Homo sapiens oraz piętnastu wielkich małp człekokształtnych (sześciu szympansów, trzech szympansów karłowatych zwanych bonobo, dwóch goryli i czterech orangutanów), czterech gibonów i pięciu małp nienależących do człekokształtnych (trzech rezusów i dwóch kapucynek; w wypadku małp przeprowadzono badanie post mortem). Próba ta może się wydawać niewielka, ale w świecie neuroanatomii porównawczej naczelnych należy ją uznać za stosunkowo dużą. De facto liczyła ona więcej osobników niż wszystkie wcześniejsze badane próby. Na podstawie zgromadzonych danych autorzy tego badania ustalili, że jakkolwiek w kategoriach bezwzględnych to ludzie mają największe płaty czołowe, to względna wielkość tych płatów jest podobna u wszystkich małp człekokształtnych. Doszli zatem do wniosku, że ludzkie płaty czołowe nie są większe, niż można się spodziewać u naczelnych wyposażonych w mózg tej wielkości.

Dlaczego jest to tak ważne? Płat czołowy w dużej mierze odpowiada za wyższe funkcje poznawcze, takie jak język i myślenie. Skoro jego względna wielkość jest u ludzi podobna jak u innych małp człekokształtnych, jak można wyjaśnić wyższy poziom funkcjonowania poznawczego Homo sapiens, na przykład język? Autorzy tego badania zaproponowali cztery wyjaśnienia:

Według Todda Preussa, nawet jeśli przyjmiemy, że płaty czołowe nie powiększyły się nieproporcjonalnie w stosunku do pozostałych części kory mózgowej, trzeba dokonać rozróżnienia między korą czołową a korą przedczołową. Korą przedczołową nazywamy przednią część płata czołowego. Różni się ona od pozostałej części kory czołowej dodatkową warstwą neuronów[42] i – jak się uważa – odgrywa istotną rolę w planowaniu złożonych zachowań, w osobowości, w pamięci oraz w pewnych aspektach języka i zachowań społecznych. Preuss sądzi, że w toku ewolucji u człowieka mogły się zmienić proporcje między korą przedczołową a czołową. Przedstawia dane, które sugerują, że obszar kory odpowiadający za motorykę jest u człowieka mniejszy niż u szympansa, z czego można wnioskować, iż jednocześnie nastąpiło powiększenie innej części płata czołowego, co tłumaczy, dlaczego całkowita wielkość tego płata pozostała niezmieniona[43]. I rzeczywiście, Semendeferi[44] wykazała, że pole 10, zlokalizowane w bocznej części kory przedczołowej, jest u ludzi niemal dwa razy większe niż u małp człekokształtnych. Pole to odpowiada za pamięć i planowanie, elastyczność poznawczą, myślenie abstrakcyjne, inicjowanie zachowań pożądanych i hamowanie zachowań niepożądanych, uczenie się reguł oraz wybieranie istotnych informacji spośród wszystkich tych, których dostarczają nam zmysły. W kolejnych rozdziałach dowiemy się, że niektóre z tych umiejętności są u ludzi dużo bardziej zaawansowane niż u małp człekokształtnych, a część występuje wyłącznie u przedstawicieli naszego gatunku.

Thomasa Schoenemanna i jego współpracowników z Uniwersytetu Stanu Pensylwania interesowała względna ilość substancji białej w korze przedczołowej[45]. Substancja biała znajduje się pod warstwą kory i jest zbudowana z wypustek nerwowych łączących tę ostatnią z resztą układu nerwowego. Badacze ci wykazali, że ludzie mają nieproporcjonalnie więcej przedczołowej substancji białej niż inne naczelne, i doszli do wniosku, że wskazuje to na większą liczbę połączeń nerwowych w tej części mózgu.

Liczba połączeń ma istotne znaczenie. Wyobraź sobie, że Twoim zadaniem jest stworzenie ogólnokrajowej organizacji, która ma zlokalizować zbiegłego przestępcę. Jakiego czynnika nie mogłoby zabraknąć między zaangażowanymi w to przedsięwzięcie organami ścigania? Komunikacji. Akcja zakończyłaby się niepowodzeniem, gdyby policja w stanie Luizjana wiedziała, że podejrzany jedzie niebieską toyotą, ale nie poinformowała o tym fakcie nikogo innego, albo gdyby policjant patrolujący autostradę zauważył w El Paso podejrzany samochód zmierzający na zachód, ale nie powiadomił o tym patrolu w stanie Nowy Meksyk. Przy wielkiej liczbie napływających informacji im lepsza komunikacja między śledczymi, tym większe szanse na pomyślne zakończenie poszukiwań.

To samo można powiedzieć o korze przedczołowej – im lepsza komunikacja między jej częściami, tym szybsze jej działanie i tym bardziej jest ona elastyczna. Oznacza to, że informacje wykorzystywane do realizacji jednego zadania mogą mieć również inne zastosowania. Im więcej wiesz, tym szybciej działa Twój mózg. Choć nasz mózg jest zbudowany podobnie jak mózg szympansa, jednak to my czerpiemy z niego większe korzyści, a jedną z przyczyn tego stanu rzeczy może być większa liczba połączeń w korze przedczołowej.

Kora przedczołowa jest interesująca z jeszcze innego powodu. U ssaków nienależących do rzędu naczelnych wyróżniamy dwa podstawowe obszary kory przedczołowej, a u naczelnych – trzy. Dwa pierwotne obszary, które wyewoluowały wcześniej i występują u wszystkich ssaków, to kora oczodołowa, która reaguje na potencjalnie nagradzające bodźce zewnętrzne, oraz oczodołowa kora przedczołowa, która przetwarza informacje dotyczące wewnętrznego stanu organizmu. Te dwa obszary wspólnie kształtują emocjonalne aspekty procesów podejmowania decyzji[46]. Nowy obszar, dobudowany do dwóch pierwszych, nosi nazwę bocznej lub ziarnistej kory przedczołowej. Właśnie tam znajduje się wspomniane wcześniej pole 10.

Ten nowy obszar występuje wyłącznie u naczelnych i odpowiada przede wszystkim za racjonalne aspekty procesów decyzyjnych, czyli za nasze świadome wysiłki zmierzające do podjęcia decyzji. Stwierdzono gęstą sieć wzajemnych połączeń między tą okolicą a innymi obszarami korowymi, które są u ludzi większe niż u pozostałych naczelnych – takimi jak tylna kora ciemieniowa i kora płatów skroniowych. Ziarnista kora przedczołowa okazała się również połączona ze strukturami położonymi poza korą nową – z kilkoma grupami komórek we wzgórzu grzbietowym, które także są nieproporcjonalnie powiększone, z jądrem brzuszno-przyśrodkowym i z poduszką (największym z jąder wzgórza). Według George’a Striedtera tym, co uległo powiększeniu, nie jest przypadkowy zbiór pól i jąder, ale cały obwód. Jego zdaniem dzięki temu obwodowi ludzie stali się bardziej elastyczni i zdolni do znajdowania nowych rozwiązań. Jednym z zadań tego obwodu jest hamowanie reakcji automatycznych, bez którego nie moglibyśmy przejawiać zachowań innowacyjnych, nieschematycznych[47].

Ponieważ większość badaczy skupiała się dotąd na płacie czołowym, nie możemy powiedzieć zbyt wiele o płatach skroniowym i ciemieniowym. Wiemy tylko, że u człowieka są one nieco większe, niż można się spodziewać, i że stanowią niezwykle wdzięczny temat prac doktorskich.

Co można powiedzieć o pozostałych częściach ludzkiego mózgu? Czy któraś z nich wydaje się powiększona? No cóż, nadspodziewanie duży okazuje się móżdżek. Struktura ta znajduje się w tylnej części mózgu, u jego podstawy, i odpowiada za koordynację mięśniową. Jeden z elementów móżdżku, jądro zębate, okazał się większy, niż oczekiwano. Jądro to odbiera impulsy z bocznej kory móżdżku i wysyła je za pośrednictwem neuronów wyjściowych do kory mózgowej (poprzez wzgórze, które porządkuje i ukierunkowuje informacje sensoryczne napływające z innych części układu nerwowego). To interesujące, ponieważ dysponujemy coraz większą liczbą dowodów na to, że móżdżek odpowiada nie tylko za motorykę, ale także za funkcje poznawcze.

Perspektywa czynnościowa – pola korowe

Mózg dzieli się nie tylko na części odrębne fizycznie, takie jak płaty, ale także na zlokalizowane jednostki czynnościowe, zwane polami korowymi. Co interesujące, niemiecki lekarz Franz Joseph Gall zaproponował tę ideę już na początku XIX wieku. Sformułował on tak zwaną teorię frenologiczną, która została później rozwinięta przez innych frenologów. Gall doszedł do słusznego przekonania, że mózg jest organem umysłu i że poszczególne części mózgu wykonują różne zadania. Na tej podstawie sformułowano jednak błędne wnioski, że można określić osobowość i charakter człowieka na podstawie wielkości różnych okolic jego mózgu, że kształt czaszki odpowiada dokładnie kształtowi mózgu (co nie jest prawdą) że można ocenić wielkość poszczególnych okolic mózgu poprzez badanie palpacyjne czaszki. Frenolodzy obmacywali czaszki osób badanych, a niektórzy używali nawet suwmiarki. Na podstawie tych obserwacji oceniali charakter badanych. Frenologia cieszyła się wielką popularnością. Wykorzystywano ją między innymi do oceny kandydatów do pracy i do przewidywania charakteru dzieci. Problem w tym, że model ten był błędny – w odróżnieniu od trafnego spostrzeżenia Galla.

W okolicach korowych znajdują się neurony, które odznaczają się pewnymi charakterystycznymi właściwościami – na przykład reagują na określone typy bodźców, uczestniczą w określonych typach zadań poznawczych albo mają jednakową budowę mikroanatomiczną[48]. Istnieją na przykład odrębne pola korowe, które przetwarzają bodźce czuciowe odbierane przez oczy (jest to pierwotna kora wzrokowa zlokalizowana w płacie skroniowym). Jeśli pierwotne pole czuciowe ulegnie uszkodzeniu, dana osoba traci świadomość spostrzeżenia zmysłowego. Na przykład osoba z uszkodzoną korą słuchową nie jest świadoma, że usłyszała dźwięk, chociaż może na niego zareagować. Inne pola korowe, zwane asocjacyjnymi, integrują różne typy informacji. Istnieją również pola motoryczne, które się w konkretnych aspektach świadomego ruchu.

Pola korowe umiejscowione w płacie czołowym odpowiadają za kontrolowanie reakcji automatycznych (impulsów), podejmowanie decyzji i dokonywanie ocen, język, pamięć, rozwiązywanie problemów, zachowania seksualne, socjalizację i zachowania spontaniczne. Płat czołowy jest siedzibą kierownictwa mózgu, które planuje, kontroluje i koordynuje zachowania oraz zawiaduje świadomymi ruchami konkretnych części ciała, zwłaszcza dłoni.

To, co dzieje się w polach korowych płata ciemieniowego, w pewnej mierze pozostaje dla nas zagadką, wiemy jednak, że odgrywają one istotną rolę w integrowaniu informacji zmysłowych napływających z różnych części ciała, w przetwarzaniu wzrokowo-przestrzennym i w manipulowaniu przedmiotami. Pierwotna kora słuchowa w płacie skroniowym odpowiada za słyszenie; wyodrębniono również inne pola korowe uczestniczące w głębokim przetwarzaniu informacji słuchowych. U ludzi pola korowe umiejscowione w lewym płacie skroniowym wyspecjalizowały się w funkcjach językowych, takich jak mowa, rozumienie języka, nazywanie obiektów i pamięć werbalna. Prozodia – czyli rytm mowy – jest przetwarzana w prawym płacie skroniowym. Pola zlokalizowane w brzusznej części płatów skroniowych odpowiadają za wzrokowe przetwarzanie twarzy i scen oraz za rozpoznawanie obiektów. Część środkowa zajmuje się zapamiętywaniem zdarzeń, doświadczeń i faktów. Uważa się, że hipokamp – ewolucyjnie stary element ludzkiego mózgu – uczestniczy w procesie, w którym pamięć krótkotrwała zostaje przekształcona w pamięć długotrwałą i przestrzenną. Płat potyliczny natomiast odpowiada za widzenie.

Skoro możemy się pochwalić dużo większymi umiejętnościami niż inne małpy człekokształtne, to z pewnością znajdziemy w swoim mózgu wyjątkowe pola korowe, nie sądzisz? Naczelne mają więcej pól korowych niż pozostałe ssaki. Badania wykazały, że w ich mózgach znajduje się dziewięć lub więcej pól przedruchowych – fragmentów kory, które planują, wybierają i wykonują zachowania motoryczne – podczas gdy inne ssaki mają zaledwie od dwóch do czterech takich pól[49]. Kuszące wydaje się przypuszczenie, że skoro ludzie funkcjonują na wyższym poziomie niż inne naczelne, to ich mózgi powinny zawierać więcej pól korowych. I rzeczywiście, najnowsze badania wykazały obecność dodatkowych pól w korze wzrokowej ludzkiego mózgu. David Heeger z Uniwersytetu Nowojorskiego odkrył w tej części mózgu pola, które nie występują u innych gatunków naczelnych[50]. Większość innych badań nie potwierdziła jednak istnienia dodatkowych pól korowych w mózgu człowieka.

Jak to możliwe, że nie mamy większej liczby pól korowych? Co z językiem i myśleniem? Co z komponowaniem koncertów, malowaniem fresków w Kaplicy Sykstyńskiej i – na miłość Boską – organizacją wyścigów NASCAR? Jeśli szympansy mają takie same pola korowe jak ludzie, dlaczego nie zachowują się tak samo? Czy przynajmniej nasze pole językowe nie powinno być inne? Odpowiedź może się kryć w strukturze tych pól. Może nasze pola korowe są połączone inaczej niż pola innych gatunków?

Okazuje się, że w miarę jak nasze poszukiwania się komplikują, stają się także coraz bardziej interesujące. Poza faktem, że brakuje dowodów na to, iż ludzie mają wyraźnie więcej pól korowych niż małpy człekokształtne, coraz więcej danych przemawia za tym, że u tych ostatnich istnieją odpowiedniki pól korowych odpowiedzialnych za funkcje specyficznie ludzkie. Wydaje się, że inne naczelne – nie tylko małpy człekokształtne – mają pola korowe odpowiadające naszym ośrodkom językowym i tym odpowiedzialnym za posługiwanie się narzędziami[51] oraz że pola te są zlateralizowane, co oznacza, iż występują przede wszystkim w jednej półkuli – podobnie jak w mózgu człowieka[52].

Wyjątkowym elementem ludzkiego mózgu okazał się obszar zwany planum temporale (płaszczyzna skroniowa), który występuje u wszystkich naczelnych. Wchodzi on w skład ośrodka Wernickego – obszaru korowego odpowiedzialnego za odbiór języka, między innymi za rozumienie języka pisanego i mówionego[53]. U ludzi, szympansów i rezusów płaszczyzna skroniowa jest większa w lewej półkuli niż w prawej, jednak na poziomie mikroskopowym stwierdzono różnice między budową tego obszaru u człowieka oraz u innych naczelnych![54] Okazało się mianowicie, że w mózgu człowieka minikolumny korowe płaszczyzny skroniowej są większe, a odstępy między kolumnami – szersze w lewej półkuli niż w prawej, podczas gdy u szympansów i rezusów same kolumny i odstępy między nimi są jednakowej wielkości w obu półkulach mózgu.

Czego więc dowiedzieliśmy się do tej pory? Ludzki mózg jest większy, niż można się spodziewać u małpy człekokształtnej naszej wielkości, mamy też trzy razy więcej kory nowej, niżby na to wskazywały rozmiary naszego ciała. Niektóre obszary kory nowej i móżdżek są większe, niż można by oczekiwać, a ponadto mamy więcej substancji białej, co prawdopodobnie oznacza większą liczbę połączeń nerwowych. Wreszcie, stwierdzono pewne mikroskopowe różnice pod względem budowy minikolumn korowych, czymkolwiek one są.

Mózg pod mikroskopem

Wydaje się, że z każdym powiększeniem jakiejś części mózgu wiąże się wzrost liczby połączeń nerwowych. Skoro już o tym mowa, to czym są połączenia nerwowe? Czym są wspomniane wcześniej kolumny korowe? Żeby odpowiedzieć na te pytania, musimy użyć mikroskopu. Jak zapewne pamiętasz, kora mózgowa składa się z sześciu warstw. Można je sobie wyobrazić jako sześć arkuszy neuronów (komórek przewodzących impulsy), ułożonych jeden na drugim. Warstwy te nie są ułożone na chybił trafił, ale w taki sposób, że poszczególne neurony wchodzące w skład jednego arkusza ustawiają się w jednej linii z neuronami należącymi do arkuszy z nim sąsiadujących (powyżej i poniżej), tworząc kolumny (nazywane również mikrokolumnami lub minikolumnami) komórek, które przecinają warstwy kory pod kątem prostym[55]. Na podstawie tego opisu można wnioskować, że cała ta struktura przypomina mur zbudowany z cegieł, trzeba jednak pamiętać, że owe cegły nie są prostokątne – są to neurony zwane komórkami piramidowymi ze względu na swój kształt. Przypominają stożkowate czekoladki Hershey’s Kisses, ze sterczącymi na wszystkie strony włoskami (dendrytami). Neurony tworzące kolumnę korową nie są po prostu ułożone jeden na drugim, ale stanowią podstawowy obwód neuronalny i wydają się funkcjonować jako odrębna całość. Powszechnie uważa się, że kolumny neuronalne to podstawowe jednostki przetwarzania w obrębie kory mózgowej[56].

U wszystkich ssaków kora mózgowa jest zorganizowana w kolumny neuronalne. Autorów badań ewolucyjnych mających na celu wyjaśnienie różnic między gatunkami od dawna interesuje nie tylko wielkość kory mózgowej, ale też związana z nią liczba kolumn korowych. Badania przeprowadzone pod koniec XX wieku dowiodły, że liczba komórek nerwowych tworzących kolumny korowe istotnie się różni u rozmaitych gatunków ssaków. Inne badania ujawniły, że różnić mogą się także neuroprzekaźniki występujące w obrębie danej kolumny – nie tylko w zależności od gatunku, ale nawet w zależności od lokalizacji korowej u przedstawicieli tego samego gatunku[57].

Zaobserwowano też zmienność pod względem schematów połączeń w kolumnach korowych. No dobrze, mamy więc sześć warstw kory nowej, które za pomocą aksonów i dendrytów (nazywanych łącznie projekcjami) łączą się z różnymi strukturami. Najgłębiej położone warstwy kory – warstwy podziarniste, oznaczone numerami V i VI – dojrzewają pierwsze w procesie rozwoju osobniczego (w łonie matki), a neurony wchodzące w ich skład łączą się przede wszystkim ze strukturami podkorowymi. Zewnętrzne warstwy kory mózgowej – warstwy nadziarniste, oznaczone numerami I i II – dojrzewają najpóźniej[58], a ich neurony łączą się głównie z innymi ośrodkami korowymi[59]. Warstwy te są u naczelnych grubsze niż u innych gatunków[60]. Według części naukowców warstwy nadziarniste oraz utworzona przez nie sieć połączeń między ośrodkami korowymi mają istotne znaczenie dla wyższych funkcji poznawczych realizowanych dzięki połączeniu obszarów motorycznych, czuciowych i kojarzeniowych (asocjacyjnych). Pola te odbierają informacje czuciowe pochodzące z układów sensorycznych wyższego rzędu, interpretują je na podstawie wcześniejszych doświadczeń i odgrywają ważną rolę w rozumowaniu, formułowaniu ocen, emocjach, werbalizowaniu myśli i przechowywaniu wspomnień[61]. Uważa się również, że zróżnicowana grubość tych warstw może wskazywać na zmienność liczby połączeń nerwowych[62], która z kolei może być jedną z przyczyn występowania różnic poznawczych i behawioralnych między gatunkami[63]. Na przykład przeciętna względna grubość warstwy nadziarnistej u gryzoni wynosi 19%, podczas gdy u naczelnych – 46%[64].

Ujmijmy to inaczej. Wyobraź sobie coś takiego: bierzesz kilka czekoladek Hershey’s Kisses ze sterczącymi na wszystkie strony włoskami i ustawiasz je jedną na drugiej – w ten sposób powstaje minikolumna. Zbierasz kilka takich stosów w wiązkę i otrzymujesz kolumnę korową. Teraz weź tysiące takich wiązek i spakuj je razem. To, ile zajmą miejsca, będzie zależało od grubości każdego ze stosów, od tego, ile stosów czekoladek składa się na każdą wiązkę, od tego, jak ciasno są upakowane (co zależy od tego, jak mocno zdołamy je ścisnąć), od liczby wiązek oraz od ich wysokości. Można wskazać mnóstwo zmiennych, które mają istotne znaczenie i które – jak się uważa – przyczyniają się do naszych zdolności poznawczych i behawioralnych. Co decyduje o tym, ile mamy czekoladek?

Wydaje się, że poziomy wzrost arkusza korowego ("ścierki do naczyń") oraz modyfikacje podstawowej struktury kolumn korowych są determinowane w początkowym stadium rozwoju płodowego przez zmianę liczby i harmonogramu podziałów komórek, z których powstają neurony korowe. Neurogenezę korową można podzielić na dwie fazy: wczesną i późną. Czas trwania fazy wczesnej oraz liczba cyklów komórkowych w tym stadium neurogenezy decydują o tym, ile kolumn korowych będzie występować u przedstawicieli danego gatunku[65]. Czas trwania fazy późnej oraz liczba cyklów komórkowych w tej fazie może determinować liczbę neuronów w obrębie jednej kolumny. Większa liczba podziałów komórek we wczesnej fazie prowadzi do powstania większego arkusza korowego (większej ścierki do naczyń), a liczniejsze podziały w późniejszej fazie neurogenezy skutkują większą liczbą neuronów w poszczególnych kolumnach korowych. Czas przeznaczony na wytwarzanie neuronów u danego gatunku jest silnie skorelowany z grubością warstwy nadziarnistej[66]. Wydaje się zatem możliwe, że zmiany czasu trwania neurogenezy oraz liczby cyklów komórkowych, które występują w jej trakcie, determinują układ arkuszy neuronalnych u danego gatunku oraz wielkość warstw nadziarnistych. Zmiany harmonogramu neurogenezy mogą natomiast wywierać decydujący wpływ na strukturę korową[67]. Co determinuje ów harmonogram? DNA. Aby zrozumieć, jak to się dzieje, musimy odbyć podróż w głąb świata genetyki, ale jeszcze nie teraz.

Obszary specjalizacji

Teraz, kiedy już wiemy, czym są minikolumny, zastanowimy się, w jaki sposób wspomniana wcześniej asymetria kolumn w strukturze zwanej płaszczyzną skroniową (prawie o niej zapomniałeś, prawda?) wiąże się z czynnością mózgu oraz czy rzeczywiście ma ona coś wspólnego z wyjątkowością człowieka w świecie zwierząt. Ośrodek mowy mieści się w korze słuchowej lewej półkuli mózgu. Bodźce akustyczne są odbierane przez ucho, które przekształca je w impulsy elektryczne i przesyła do pierwszorzędowej kory słuchowej w obu półkulach. Kora słuchowa składa się z kilku elementów, z których każdy ma inną strukturę i odmienne zadania. Na przykład niektóre neurony wchodzące w skład kory słuchowej są wrażliwe na różne częstotliwości fal dźwiękowych, a inne – na głośność dźwięków. Nie dysponujemy jeszcze pełną wiedzą na temat liczby, umiejscowienia i organizacji tych elementów w ludzkiej korze słuchowej. Jeśli chodzi o mowę, to każda z półkul odpowiada za inne jej aspekty. Pole Wernickego w lewej półkuli rozpoznaje charakterystyczne elementy mowy, a pewien ośrodek zlokalizowany w korze słuchowej prawej półkuli rozpoznaje prozodię – strukturę metryczną mowy, której przyjrzymy się w kolejnych rozdziałach – a następnie przesyła te informacje do pola Wernickego.

Wkraczamy teraz w sferę spekulacji. Wiemy na pewno, że płaszczyzna skroniowa (element pola Wernickego) jest większa w lewej półkuli mózgu niż w prawej. Ponadto jej budowa mikroskopowa okazuje się inna po lewej stronie niż po prawej. Minikolumny są tu szersze, a odległości między nimi – większe, przy czym owe różnice strukturalne między półkulami występują wyłącznie u człowieka. Zwiększonym odstępom między minikolumnami towarzyszy silniejsze rozgałęzienie dendrytów komórek piramidowych (włosków na czekoladkach Hershey’s Kisses), jednak ów wzrost rozgałęzienia nie jest proporcjonalny do wzrostu odległości. Na skutek tego w lewej półkuli jest mniej wzajemnie połączonych minikolumn niż w półkuli prawej, co – jak się uważa – może świadczyć o tym, że schemat architektury przetwarzania w tym obszarze lewej półkuli mózgu jest lepiej dopracowany i mniej redundantny niż w półkuli prawej. Można również przypuszczać, że w wolnej przestrzeni między minikolumnami znajduje się jakiś dodatkowy element[68]. W innych obszarach słuchowych sytuacja przedstawia się inaczej. Wzrost rozgałęzienia dendrytów komórek piramidowych okazuje się w nich proporcjonalny do zwiększenia odstępów między minikolumnami (innymi słowy, włoski na stożkowatych czekoladkach stały się dłuższe i wypełniły powiększone przestrzenie między stosami czekoladek).

Między okolicami odpowiedzialnymi za przetwarzanie języka w lewej i prawej półkuli stwierdzono też różnice na poziomie makrokolumn. W obu półkulach znajdują się jednakowej wielkości obszary, w których występują nieregularne skupienia połączeń, ale odległości między tymi skupieniami są większe w lewej półkuli, co wskazuje na większą liczbę połączonych makrokolumn. Badacze przypuszczają, że ten wzorzec połączeń przypomina schemat występujący w korze wzrokowej, w której połączone makrokolumny przetwarzające podobne typy informacji również tworzą skupienia. Może zatem bardziej liczne połączenia w tylnej części systemu słuchowego tworzą podobnie funkcjonujące skupienia neuronów, które mogą analizować napływające informacje z większą precyzją[69].

Dotychczas nie zgromadzono bezpośrednich dowodów wskazujących na międzypółkulową asymetrię połączeń między okolicami korowymi. Nie było to możliwe z powodu ograniczeń technicznych w badaniu połączeń dalekiego zasięgu w ludzkim mózgu, dysponujemy jednak pewnymi dowodami pośrednimi. Jedną z przyczyn zwiększenia odstępów między minikolumnami mogą być różnice pod względem połączeń przychodzących i wychodzących – wzrost ich liczby lub rozmiaru. Jak wykazały liczne badania, półkule mózgu różnią się kształtem, a jak wiadomo, neurony o krótkim i długim zasięgu mają istotne znaczenie dla kształtu fałd mózgu.

I jeszcze jedno – stwierdzono zwiększoną liczbę wyjątkowo dużych komórek piramidowych w warstwie nadziarnistej przednich i tylnych okolic językowych oraz w pierwotnej i wtórnej korze słuchowej w lewej półkuli mózgu. Zdaniem wielu badaczy wskazuje to na asymetrię połączeń i może odgrywać pewną rolę w przetwarzaniu informacji temporalnych – dotyczących czasu – które ma ogromne znaczenie.

Wszyscy wiemy, jak ważne jest wyczucie czasu. Wystarczy zapytać o to Steve’a Martina albo Ritę Rudner[70]. Lewa półkula mózgu lepiej niż prawa radzi sobie z przetwarzaniem informacji temporalnych. Ponieważ wyczucie czasu ma decydujące znaczenie dla rozumienia języka, ludzki mózg może potrzebować wyspecjalizowanych połączeń odpowiedzialnych za przetwarzanie tego rodzaju danych. Niektórzy badacze sugerują nawet, że kosztowne opóźnienia związane z przesyłaniem informacji między półkulami były siłą napędową procesu lateralizacji funkcji językowych[71].

Lateralizacja a liczba połączeń

Nie ulega wątpliwości, że ludzki mózg jest dziwacznym urządzeniem, ukształtowanym przez dobór naturalny w jednym podstawowym celu – aby podejmować decyzje sprzyjające odniesieniu sukcesu reprodukcyjnego. Ten prosty fakt ma liczne konsekwencje i stanowi jedną z fundamentalnych tez biologii ewolucyjnej. Zrozumienie go pomaga badaczom mózgu w wyjaśnieniu ważnego zjawiska związanego z funkcjonowaniem mózgu – wszechobecnej specjalizacji półkul mózgowych. W królestwie zwierząt nie ma żadnego innego gatunku, u którego występowałaby równie wybujała specjalizacja funkcji. Dlaczego tak jest i jak do tego doszło?

Oto jak ujął to Kevin Johnson, przyjaciel mojej siostry: "Tak więc mózg składa się z dwóch połówek, które muszą działać w interakcji, aby wytworzyć sprawny umysł. Jeśli założymy, że zarówno mózg, jak i umysł są wytworem ewolucji, nasuwa się pytanie: jaką przewagę adaptacyjną zapewnia nam dwuczęściowy mózg? Jaka siła ewolucyjna mogła uczynić takie wariackie rozwiązanie adaptacyjnym?" Wyniki moich badań prowadzonych wśród pacjentów z rozszczepionym mózgiem wydają się dostarczać pierwszych odpowiedzi na te pytania.

Wariackie rozwiązanie

Może się okazać, że powszechnie lekceważone spoidło wielkie (nazywane także ciałem modzelowatym) – włóknista struktura, której funkcja, jak się uważa, ogranicza się do wymiany informacji między półkulami – odegrało doniosłą rolę w narodzinach człowieczeństwa. W odróżnieniu od mózgu człowieka, mózgi innych ssaków przejawiają nader skąpe oznaki lateralizacji. Do nielicznych wyjątków należą wyniki badań moich współpracowników, Charlesa Hamiltona i Betty Vermeire, którzy analizowali zdolność spostrzegania twarzy u makaków[72]. Stwierdzili oni, że u tego gatunku małp prawa półkula mózgu radzi sobie z rozpoznawaniem małpich twarzy lepiej niż lewa. Lateralizacja występuje także u ptaków, a naukowcy próbują ustalić, czy rozwiązanie to było wspólne dla całego drzewa filogenetycznego, czy też powstało u ptaków niezależnie. Mózgom ptaków przyjrzymy się bliżej w jednym z kolejnych rozdziałów.

Być może wraz z rosnącym zapotrzebowaniem na powierzchnię korową mechanizmy doboru naturalnego zaczęły modyfikować jedną z półkul, nie zmieniając drugiej. Ponieważ ciało modzelowate przekazuje informacje między półkulami, mutacje mogły występować po jednej stronie mózgu, pozostawiając korę drugiej półkuli niezmienioną. W ten sposób w obrębie homologicznego obszaru kory powstawała funkcja, która stawała się elementem systemu poznawczego. Można przypuszczać, że w miarę rozwoju takich nowych funkcji do pól, w których one powstały, dołączały okolice korowe, które wcześniej odpowiadały za inne zadania. Ponieważ zadania te były nadal realizowane przez ośrodki korowe w drugiej półkuli, w ogólnym rozrachunku nie dochodziło do spadku funkcjonalności mózgu. Krótko mówiąc, spoidło wielkie umożliwiało rozwijanie funkcji korowych bez dodatkowych kosztów. Wydajność kory mózgowej rosła dzięki spadkowi poziomu redundancji oraz poszerzaniu czynnej powierzchni korowej poprzez dołączanie nowych obszarów.

Koncepcja ta powstała na tle wyników badań prowadzonych na gruncie neuronauki, które wskazują na doniosłe znaczenie krótkich, lokalnych połączeń dla prawidłowego funkcjonowania obwodów neuronalnych[73]. Systemy długich włókien nerwowych również odgrywają istotną rolę – zwłaszcza w komunikowaniu wyników obliczeń (komputacji) mózgowych – ale krótkie włókna okazują się niezbędne do dokonywania takich obliczeń. Czy oznacza to, że wraz z rosnącym zapotrzebowaniem na specjalizację (związanym z aktywnością komputacyjną mózgu) pojawia się presja na utrwalanie mutacji, które zmieniają obwody znajdujące się w pobliżu nowo powstałych ośrodków aktywności?

Jednym z najważniejszych wniosków wypływających z badań prowadzonych wśród pacjentów z rozszczepionym mózgiem jest ten, że lewa półkula ma ograniczone możliwości percepcyjne, podczas gdy półkula prawa przejawia jeszcze poważniejsze ograniczenia w zakresie funkcji poznawczych. Tak więc zgodnie z omawianym modelem specjalizacja półkul mózgowych wiąże się z powstawaniem nowych umiejętności oraz zachowywaniem innych. Dobór naturalny dopuścił to osobliwe rozwiązanie, ponieważ spoidło wielkie integrowało wszystkie te zmiany w funkcjonalny system, który stawał się coraz bardziej skuteczny jako narzędzie służące do podejmowania decyzji.

Inne aspekty tego wyjaśnienia stają się widoczne, kiedy rozważamy potencjalne koszty poniesione przez prawą półkulę mózgu. Wydaje się, że rozwijające się dziecko i małpa z gatunku rezus przejawiają podobne zdolności poznawcze[74]. Dowiedziono, że wiele prostych umiejętności intelektualnych, takich jak umiejętność klasyfikowania obiektów, występuje zarówno u rezusów, jak i u rocznego dziecka. Wielu z tych umiejętności nie stwierdzono jednak w prawej półkuli mózgu osób z przeciętym spoidłem wielkim[75]. Wydaje się, że system uwagowo-percepcyjny prawej półkuli mózgu wchłonął te funkcje, podobnie jak rozwijający się system językowy w lewej półkuli wchłonął funkcje percepcyjne.

Można przypuszczać, że postępującej lateralizacji mózgu towarzyszy wzrost liczby obwodów neuronalnych wewnątrz każdej z półkul oraz spadek liczby obwodów międzypółkulowych. W miarę jak lokalne obwody specjalizują się i optymalizują, aby jak najlepiej spełniać poszczególne funkcje, mózg, który dotąd składał się z dwóch symetrycznych połówek, nie musi już utrzymywać jednakowych i połączonych ze sobą systemów przetwarzania dla wszystkich aspektów przetwarzania informacji. Możliwe staje się ograniczenie komunikacji między półkulami, ponieważ jedynie wytwory ośrodków przetwarzania muszą być przesyłane do drugiej połowy mózgu. Badacze z Yerkes Primate Center na Uniwersytecie Emory w Atlancie wykazali, że gatunki naczelnych różnią się pod względem tempa wzrostu substancji białej mózgu w stosunku do spoidła wielkiego[76]. U ludzi stwierdzono wyraźny spadek tempa wzrostu tego ostatniego w porównaniu z substancją białą w obrębie każdej z półkul.

Również odkrycie neuronów lustrzanych (o których będzie mowa nieco później) przez Giacomo Rizzolattiego może nam pomóc w zrozumieniu, w jaki sposób w toku ewolucji kory mózgowej pojawiły się nowe umiejętności i zdolności, specyficzne dla człowieka. Neurony zlokalizowane w płacie przedczołowym małpy reagują nie tylko wtedy, gdy badane zwierzę zamierza chwycić kawałek jedzenia, ale także w sytuacji, gdy eksperymentator – człowiek – wyciąga rękę po ten sam smakowity kąsek[77]. Wydaje się, że obwody neuronalne w mózgu małpy umożliwiają jej tworzenie reprezentacji umysłowych cudzych działań. Badania systemu neuronów lustrzanych w ludzkim mózgu pokazują, że jest on dużo bardziej rozbudowany i aktywny niż u małp. Według Rizzolattiego[78] taki system może stanowić podstawę teorii umysłu modułowego, charakterystycznego wyłącznie dla naszego gatunku[79].

Właśnie w tym kontekście – w którym istotną rolę odgrywają zarówno procesy rozwoju, jak i perspektywa ewolucyjna – dynamiczny system korowy tworzy adaptacje, które przeistaczają się w lateralnie wyspecjalizowane systemy. Ludzki mózg jest na najlepszej drodze do tego, aby stać się niepowtarzalnym układem neuronalnym.

Wymiar molekularny i genetyczny

Zbliżamy się do kresu naszej wycieczki po ludzkim mózgu, musimy jednak zejść jeszcze niżej – na poziom molekularny. Jesteśmy gotowi wyruszyć w podróż do krainy genetyki, a jest to miejsce bardzo uczęszczane. Tak naprawdę wszystko, czym się dotąd zajmowaliśmy, wygląda właśnie tak, a nie inaczej, ponieważ zostało zakodowane w ten sposób w DNA naszego gatunku. U źródeł niepowtarzalności ludzkiego mózgu tkwi niepowtarzalna sekwencja naszego DNA. Zakończony powodzeniem projekt sekwencjonowania genomu człowieka i szympansa oraz rozkwit nowej dyscypliny naukowej zwanej genomiką porównawczą dają nam pewne wyobrażenie na temat genetycznych podstaw różnic w zakresie specjalizacji fenotypowej, czyli obserwowalnych cech fizycznych i biochemicznych. Zanim jednak popadniesz w nadmierne samozadowolenie i uwierzysz, że znamy już odpowiedzi na większość pytań, pozwól, że przytoczę pewien cytat: "Zmiany w strukturze genomu po zakończeniu procesu specjacji, a także ich następstwa biologiczne wydają się bardziej złożone, niż pierwotnie przypuszczano"[80]. Czy nie tego właśnie się spodziewałeś? Przyjrzymy się teraz konkretnemu genowi i przekonamy się, jak złożone następstwa może za sobą pociągnąć jedna, pozornie prosta zmiana.

Podstawy genetyki

Najpierw jednak musimy się dowiedzieć nieco więcej na temat tego, czym jest gen i jak działa. Gen to fragment DNA, który zajmuje określone miejsce na chromosomie[81]. Każdy gen składa się z kodującej sekwencji DNA, która determinuje strukturę danego białka, oraz z sekwencji regulującej, która decyduje o tym, kiedy i w którym miejscu białko to powstanie. Geny determinują zarówno strukturę komórek, jak i ich funkcje metaboliczne. Geny zlokalizowane w komórkach rozrodczych przekazują swoje informacje następnemu pokoleniu. Każdy chromosom osobników danego gatunku zawiera określoną liczbę genów ułożonych w stałej kolejności. Jakakolwiek zmiana liczby albo układu genów prowadzi do mutacji chromosomu, nie zawsze jednak wywiera to istotny wpływ na organizm. Co interesujące, tylko niewielka część DNA koduje białka. Na chromosomach porozrzucane są dłuższe sekwencje (stanowiące około 98% całości) niekodującego DNA, którego funkcji jeszcze nie znamy. Teraz możemy już ruszać.

Gen języka

Podobnie jak opowieść o mikrocefalinie i nieprawidłowym genie ASPM, historia ta rozpoczyna się w pewnej klinice w Anglii. Tamtejsi lekarze zajmowali się wyjątkową rodziną (zxwaną rodziną KE), w której wiele osób cierpiało na poważne zaburzenia mowy i języka. Ludzie ci mieli ogromne trudności z kontrolowaniem złożonych, skoordynowanych ruchów twarzy i ust. Powodowało to upośledzenie mowy oraz rozmaite problemy z posługiwaniem się językiem mówionym i pisanym, między innymi trudności z rozumieniem zdań o złożonej budowie syntaktycznej, problemy z przetwarzaniem słów zgodnie z regułami gramatyki, a także obniżenie ilorazu inteligencji (w porównaniu ze zdrowymi członkami rodziny)[82]