Fotobankas„Tikiuosi, nematuosite mano IQ“, – išgirdęs mūsų žurnalo pavadinimą pajuokavo Vilniuje kovo mėnesį lankęsis Nobelio premijos laureatas medicinos srityje Johnas O’Keefe’as. IQ apžvalgininkas Gytis Kapsevičius su garsiu neuromokslininku kalbėjosi apie gyvūnus, kompiuterinius žaidimus ir kuo taksi vairuotojai pranašesni už kitus žmones.
– Jūsų didžiausiu atradimu tapo vadinamosios vietos ląstelės (angl. space cells) smegenyse, kurios leidžia mums ir gyvūnams orientuotis aplinkoje. Ar vietos ląstelės fiziškai skiriasi nuo kitų ląstelių?
– Anatomiškai jos tikrai išskirtinės. Jos vadinamos piramidiškosiomis ląstelėmis, nes jų forma primena piramidę. Vietos ląstelės labai ilgi dendritai, per kuriuos ji gali gauti informaciją iš kitų ląstelių. Kiekviena gali gauti informaciją iš maždaug 10 tūkst. kitų. Taigi matome, kad tarp jų visų vyksta didžiulis „pokalbis“.
Į šį tinklą ateina įvairaus pobūdžio informacija. Ląstelės bombarduojamos nauja informacija iš vaizdinio, garsinio, jutiminio pasaulio, ir didysis iššūkis mums yra suvokti, kaip jos viską sudeda į viena ir sukuria tokius neįtikėtinus vietų prisiminimus.
– Šios ląstelės atsakingos būtent už lokacijas ir saugo prisiminimus apie skirtingas vietas. Ar gali nebeužtekti vietos naujiems prisiminimams?
– Tai įdomus klausimas. Daugybė matematikų mėgino išmatuoti žmogaus atminties dydį. Kai kas teigia, kad hipokampas, smegenų dalis, kurioje yra šios ląstelės, tarsi kompiuteris yra ribotos talpos. Tiriama, ar prisiminimai galėtų būti saugomi šioje dalyje laikinai, o vėliau nusiųsti į kitas dalis ir taip atlaisvinti vietą.
Tačiau toks požiūris kiek problemiškas. Pirma, labai sunku tiksliai pasakyti, kaip šis mechanizmas veikia. Kai kurie mokslininkai mano, kad viena miego funkcijų yra siųsti prisiminimus į naująją žievę, vieną iš smegenų dalių. Tačiau reikia atlikti daugiau tyrimų norint suprasti, ar šie prisiminimai iš tiesų siunčiami iš vienos vietos į kitą.
Kitas dalykas yra tai, kad mes tiksliai nežinome, kaip prisiminimai yra saugomi. Jeigu kiekvienas prisiminimas užima daug vietos smegenų tinkle, tuomet, žinoma, negalime jų išsaugoti begalybės. Tačiau jei paaiškėtų, kad jie saugomi naudojantis, pavyzdžiui, neuronų kontaktais ar už tai atsakingi daugybė neuronų, tuomet atminties talpa būtų gerokai didesnė.
Manau, kad tai atviras klausimas. Į jį bando atsakyti daugybė žmonių.
– Ar atminties praradimas šias ląsteles veikia kitaip nei likusias? Turiu omenyje, ar jos yra gyvybingesnės nei kitos, pavyzdžiui, vyras gali pamiršti žmonos vardą, tačiau prisiminti lankytas vietas?
– Ne, greičiau atvirkščiai. Šios ląstelės išskirtinai jautrios bet kokiam smegenų pažeidimui, ypač deguonies trūkumui, širdies smūgiui. Tarkime, kas nors patiria širdies smūgį, išgyvena ir pagyja, tačiau šios ląstelės kartais lieka pažeistos. Nesame visiškai tikri, kaip šis procesas vyksta, bet aišku, kad tos ląstelės tam yra labai jautrios. Jas vienas pirmųjų paveikia ir Alzheimerio liga.
Tad viskas yra priešingai – jos nėra labai tvirtos greičiausiai dėl to, kad turi tiek daug ryšių. Jos privalo turėti stiprų slopinamųjų ląstelių tinklą (angl. inhibitory network), kuris šias piramidės formos ląsteles kontroliuotų. Kiekvienas procesas, sutrikdantis šio tinklo veiklą, gali sukelti įvairių patologijų, tarkime, epilepsiją. Viena ląstelė susijusi su kita, ir kai kuri nors ima elgtis ne taip, gali prasidėti griūtis. Todėl minėtas tinklas yra labai svarbus.
Kita vertus, slopinamasis ląstelių tinklas negali būti per stiprus. Manoma, kad pernelyg intensyvus tinklas yra Dauno sindromo priežastis. Dalis tyrėjų nagrinėja būtent tai – norime suprasti, kaip jis veikia gyvūnuose ir kaip galėtume tai išgydyti.
– Kai girdime apie testus su gyvūnais laboratorijose, dažniausiai minimos žiurkės ir pelės. Tačiau kalbant apie navigaciją, bent jau iš pirmo žvilgsnio atrodo, kad yra įdomesnių gyvūnų, kurie geba puikiai orientuotis aplinkoje, pavyzdžiui, balandžiai ar kiti paukščiai?
– Pasirinkti tinkamą gyvūną tyrimams yra labai sudėtinga. Jei norime gyvūno, kuris turėtų daugelį žmogaus smegenų atributų, reikia rinktis žinduolį. Taip pat tas gyvūnas turi būti gana paprastas, nes sumažėja problemų dėl etinių klausimų – juk mūsų darbas yra invazija į jo organizmą.
Jau apie 120 metų žinoma, kaip žiurkės orientuojasi aplinkoje. Pastaruoju metu daugiau tyrimų atliekame su pelėmis – jos panašios į žiurkes, tačiau yra ir daug skirtumų.
Esamos technologijos leidžia modifikuoti pelių genomus – genetiškai ar ląsteles užkrečiant virusais. Galime jas užkrėsti proteinais, kurie pakeičia spalvą, kai ląstelė tampa aktyvi, tad galime atskirti tas, kurios reaguoja, kai gyvūnas daro tam tikrą veiksmą. Ši technologija labai perspektyvi ir taikoma vis plačiau. Tačiau šiuo metu tai galime atlikti tik su pelėmis.
Mokslininkai taip pat susidomėję šikšnosparniais. Jie irgi yra žinduoliai, be to, dar ir skraido, todėl galime tirti, kaip jų smegenys reaguoja nebe į dviejų, o į trijų dimensijų erdvę.
– Vienoje paskaitų pasakojote, kad kompiuteriniai žaidimai labai prisidėjo prie galimybių pereiti nuo gyvūnų smegenų tyrimų prie žmogaus. Kaip kilo ši idėja?
– Buvo devintasis dešimtmetis, ir norėjome patikrinti, ar kai kurios hipotezės, kurias tyrinėjome su graužikais, galėtų būti pritaikytos žmonėms.
Pradėjome ieškoti būdų atlikti tyrimus naudodamiesi virtualiąja realybe. Tais laikais ši technologija kurta išskirtinai automobilių pramonei ar Holivudui, todėl buvo labai brangi. Ir tik 1990-ųjų viduryje pirmo asmens vaizdo žaidimai tapo prieinami visiems. Aš ir mano kolega fizikas ir matematikas Neilas Burgessas, nors tai daugiau buvo jo idėja, nusprendėme pasidomėti, ar galėtume perkonstruoti tuos žaidimus ir panaudoti savo poreikiams. Norėjome plačios aplinkos, kurioje galėtume tirti, kaip žmonės orientuojasi.
Žinoma, šiuose žaidimuose buvo įvairių dalykų: ginklų, monstrų. Paprašėme žaidimų kūrėjų pagalbos. Jie iš pradžių atsisakė, nes buvo per daug užimti, tačiau galiausiai perkūrė žaidimus. Iš jų reikėjo išimti visus monstrus ir kitus dalykus. Kai dirbau anatomijos departamente, gana ilgai sėdėdavome ir žaisdavome kompiuterinius žaidimus, kad žinotume, kurioje vietoje koks priešas yra.
Kai jie pašalino visus trikdžius, gavome „švarią“ apie 70 × 50 metrų aplinką. Su ja susipažinti ir atsiminti, kas kur yra, žmonėms užtrunka apie valandą – toje erdvėje gausu pastatų, barų ir kitų objektų.
FotobankasTuomet skenavome tiriamųjų smegenis. Įprastai žmogus turi gulėti labai ramiai, bet dabar galėjo matyti žaidimo projekciją.
Taip atradome, kad, paprašius rasti kelią žaidime, aktyvinamos ląstelės ir padidėja kraujospūdis būtent šioje smegenų dalyje, hipokampe. Taigi eksperimentas buvo sėkmingas, ir atsispyrę nuo jo pradėjome kitus tyrimus.
– Vienas iš vėliau atliktų tyrimų, apie kurį esate kalbėjęs, buvo taksi vairuotojų hipokampo tyrimai. Paaiškėjo, kad jis yra didesnis nei kitus darbus dirbančių žmonių. Tai reiškia, kad galime „auginti“ savo smegenis?
– Tai nebuvo mano tyrimas, jį atliko kolegos – Londono universiteto koledže dirbanti klinikinės psichologijos specialistė Eleanor Maguire ir N. Burgessas.
Naudodamiesi virtualiosios realybės galimybėmis tyrimuose pastebėjome, kad kai žmonės juda virtualioje aplinkoje, dvi hipokampo dalys, susijusios su orientavimusi aplinkoje, ypač suaktyvėja.
Tada Eleanorai kilo puiki įžvalga, kad jei mes tiriame orientavimąsi erdvėje, reikėtų tirti tuos žmones, kurie yra šios srities ekspertai. Ji pradėjo ieškoti Londono taksi vairuotojų.
Tais laikais jiems reikėdavo išmokti visą miesto žemėlapį. Per egzaminą jų klausinėta, kaip greičiausiai nuvažiuoti iš šios Londono gatvės, kuri yra viena iš 25 tūkst., į štai šią gatvę? Būtina atkreipti dėmesį į įvairias kliūtis, dienos metą, transporto spūstis ir kita. Taigi, jie yra tikri navigacijos profesionalai.
Tada kolegė iškėlė hipotezę – galbūt smegenys yra kaip raumuo, ir kuo daugiau jas treniruoji, tuo didesnės jos tampa? E. Maguire nagrinėjo taksistų smegenų anatomiją ir atrado, kad jų hipokampas didesnis. Dar nežinome, kuo biologiškai pagrįstas toks didėjimas. Tėra dvi smegenų dalys, kurios augina naujus neuronus po gimimo, ir hipokampas – viena jų. Taigi, tai gali būti neuronai.
Galbūt tai lemia ir didesni dendritai. Tai ląstelės dalis, kuria ji priima impulsus. Tad gal toks dendritas gali sudaryti daugiau jungčių? Kol kas to nežinome.
Tačiau tikrai nėra taip, kad visi šie vairuotojai gimė su didesniais hipokampais. Buvo tiriama, kiek ilgai žmogus vairavo taksi ir kokio dydžio jo hipokampas. Paaiškėjo, kad kuo ilgiau, tuo jis didesnis. Taip pat atrasta, kad jei asmuo nustoja dirbti taksistu, hipokampas vėl pradeda trauktis.
– Šiandien turime GPS ir tokias sistemas kaip „Google Maps“. Vyresnė karta neretai kaltina jaunesnę, kad ši netenka įgūdžio orientuotis be prietaisų. Ar taip mes ką nors prarandame?
– Manau, kad jie teisūs. Daugybė aborigenų genčių yra tikri navigacijos ekspertai, kur kas geresni už europiečius, todėl jei sugretintume šią informaciją, galėtume padaryti išvadą, jog galbūt kai kurių savo smegenų galimybių neišnaudojame pakankamai.
Reikėtų pabrėžti, kad graužikų smegenyse hipokampas paskirtas būtent erdvinei navigacijai. Tačiau mes, žmonės, padidinome dalykų, kuriuos gali atlikti ši smegenų dalis, kiekį. Pavyzdžiui, pridėjome laiko suvokimą. Kai kurie mano, kad ir graužikai turi šiokį tokį laiko suvokimą. Tačiau jei aš jūsų paklausčiau, kur buvote vakar, galėtumėte man atsakyti, kada ir kur pietavote.
Taigi, manome, kad ši erdvinė sistema buvo išplėsta – sukurta bendra erdvinė ir laiko sistema. Tai sudaro epizodinę atminties sistemą. Ji leidžia prisiminti, tarkime, ką veikėte tam tikroje vietoje tam tikru laiku.
Kitas svarbus dalykas – žmogaus smegenys padalytos į dvi dalis. Mes žinome, kad daugybė funkcijų, kurias vykdo dešinė smegenų pusė, yra susijusios su procesais. Jas naudojame sąveikaudami su realiu pasauliu – kai matome daiktus ar tiesiog judame. Tas pats galioja ir dešiniajam hipokampui.
Kairysis hipokampas ir kairioji žievės dalis daugiau koncentruoti į kalbą. Taigi tam tikru atžvilgiu įvyko štai kas – kalba pradėjo dominuoti hipokampe ir toje žievės pusėje, kuri normaliomis sąlygomis būtų įsitraukusi į erdvinį mokymąsi ir navigaciją.
Apie tai žinome nedaug, ir tikrai nelengva suprasti, kaip galima už erdvės supratimą atsakingas sistemas naudoti kalbai. Bet ir jūs galite pastebėti, kad kalboje yra daugybė erdviškų dalykų. Tarkime, aš jūsų klausiu, iš kur atėjote, kaip čia patekote, kur dabar eisime? Šiuo atveju tai kalbos panaudojimas norint pasiekti erdvinės atminties sistemas.
– Ar vietos ląstelės atsakingos ir už navigaciją nepažįstamose vietose – tarkime, jei apsilankėte penkiuose oro uostuose, galite lengviau orientuotis šeštajame?
– Dėl šito nesu visiškai tikras. Manau, kad hipokampas prisimena visus penkis oro uostus, tačiau už kitką atsakingos kitos smegenų dalys, pavyzdžiui, naujoji žievė ar priekinė smegenų žievės dalis. Galime prisiminti tas patirtis, tuos penkis oro uostus ir klausti, ką jie turi bendro, ir taip išsiaiškinti bendrus principus: oro uostuose visuomet bus lėktuvų, turėsite pereiti dokumentų patikrą ir taip toliau. Taip ištraukiame informaciją ir savo galvoje sukuriame naujų oro uostų prototipus, tačiau manau, kad tai vyksta už hipokampo ribų.
– Galbūt jūsų atradimai gali būti panaudoti kuriant tam tikras erdves, kad ir tuos pačius oro uostus? Jei geriau pažintume, kaip aplinkoje orientuojasi žmonės, būtų galima apie tai galvoti ir kuriant intuityvias erdves.
– Architektūros pasaulyje susidomėjimas tuo auga ir aš kartais skaitau paskaitas architektams apie dizaino principus. Pastatų psichologija yra atskira mokslo sritis. Mes šį bei tą žinome apie pastatus, kuriuos architektai mėgsta projektuoti, taip pat apie pastatus, kuriuose žmonės mėgsta dirbti. Tačiau reikėtų pasakyti, kad tarp šių dviejų idėjų ne visuomet yra ryšys.
Smegenyse yra tinklelio ląstelių (angl. grid cells; jos generuoja koordinačių sistemą ir suteikia gebėjimą atrasti maršrutus – IQ past.), kurios atkuria daugybę lokacijų naudodamos simetriškus šablonus. Labai įdomu, kaip jos gali būti paveiktos pokyčių simetrijoje ir aplinkoje.
Galite galvoti taip – šioms mano ląstelėms gera šiame kambaryje, nes jis simetriškas ir daugiau mažiau stačiakampis. Tačiau galbūt prasčiau jausitės kambaryje, kuris bus labai kampuotas ir ne toks simetriškas.
Prisiminkime Bauhauzo judėjimo architektus, kurie kūrė naudodami labai paprastas geometrines formas, ir palyginkime tai su žymaus architekto Franko Gehry, kuris naudoja labai neįprastas formas, darbais. Įdomu tai, kad visi mėgsta gėrėtis F. Gehry pastatais, bet nesirinktų juose dirbti, nes jie nėra tokie patogūs, juose sunku formuoti įprastiems pastatams būdingus principus ir greitai surasti norimą vietą.
– Pasaulyje yra nemažai iniciatyvų, kurios siekia kurti skaitmenines smegenis ar dirbtinį intelektą (DI). Jūs smegenis tyrinėjate kone visą gyvenimą ir gerai suprantate, koks tai kompleksiškas darinys. Ar skaitmeninės, žmogui prilygstančios smegenys yra pasiekiamas tikslas?
– Šiandien, priklausomai nuo DI, su kuriuo dirbate, galite paprašyti kompiuterio atlikti labai panašias užduotis į sprendžiamas žmogaus ir gauti labai panašius rezultatus, tarsi mąstytų žmogus. Tačiau kompiuteriai šį procesą atlieka visiškai kitaip.
Manau, kad šį tą tikrai pasieksime, tačiau nesu įsitikinęs, ar kompiuteriai gebės elgtis lygiai taip pat kaip žmonės.
Manoma, kad mes galime elgtis su DI kaip su mechaniniu įrenginiu, kaip kompiuteriu, ir simuliuoti tuos procesus, kuriuos atlieka smegenys. Suprasti smegenų veikimą taip pat, kaip suprantame, tarkime, automobilio veikimą. Tačiau aš esu truputį skeptiškas. Mes suprantame, kad žmonių smegenyse yra tam tikrų biologinės kilmės procesų, kuriuos gali būti sunku atkartoti naudojant silicį. Nežinau, ar tai tiesa, tiesiog manau, kad biologiniai organizmai turi didžiulę įtaką. Mes iki šiol nesuprantame kai kurių dalykų apie smegenis.
Pavyzdžiui, kodėl vieni procesai yra sąmoningi, o kiti – ne. Kartais ta pati smegenų dalis skirtingu metu geba atlikti abu šiuos procesus. Tai atkartoti gali būti nelengva.
– Esate britų mokslininkas. Žiniasklaidoje dažnai girdime apie galimą „Brexito“ poveikį verslui, importui, eksportui, bet labai retai – mokslo bendruomenei. Kaip „Brexitas“ paveiks jūsų sritį?
– Esu didelis ES šalininkas ir tai buvo viena priežasčių, nors ir ne vienintelė, kodėl 1980-aisiais tapau Didžiosios Britanijos piliečiu. Užaugau JAV, o kai įgijau daktaro laipsnį, emigravau į Didžiąją Britaniją. Man visada patiko vieningos Europos idėja, man patiko daugybė dalykų, kurie vyko tuo metu ir vyksta iki šiol ES iniciatyva.
Man liūdna, kad Didžiosios Britanijos visuomenė nubalsavo už atsiskyrimą. Skirtumas buvo labai mažas ir pati tema nebuvo gerai išdiskutuota, nebuvo aiškūs visi galimi padariniai. Kai kurie žmonės mano, kad turėtume dar kartą paklausti britų „Ar būtent už tai balsavote?“. Nereikia iš naujo klausti jų pasilikti ar išeiti, tiesiog dabar, kai turime tiek daug informacijos apie ekonominį ir kultūrinį
„Brexito“ efektą, reikėtų pasitikslinti, ar jie to ir norėjo? Jei atsakymas vėl būtų „taip“, tuomet turėtume atsiskirti.
Štai ir aš sėdžiu šiame puikiame institute (Vilniaus universiteto Gyvybės mokslų centre – IQ past.), kuris iš dalies finansuotas ES lėšomis. Taigi, bent jau vienas dalykas, kurį gavome iš šios integruotos bendruomenės, yra tai, kad padėjome kai kurioms šalims plėtoti savo mokslo institutus.
Man buvimas didesnės sistemos dalimi buvo didžiulis postūmis. Buvo puiku be kliūčių bendradarbiauti su Europos mokslininkais, nes tai suteikia daug pranašumų. Mūsų universitete vyksta didelis studentų judėjimas, o du geriausi mano pastarųjų dešimties metų studentai kaip tik ir buvo iš Lietuvos. Dabar tokie mainai taps sudėtingesni.
Tikiu, kad geros idėjos moksle gali ateiti iš daugybės vietų, ir mums reikia, kad žmonės judėtų į Didžiąją Britaniją, o britai galėtų keliauti į Europą. Negerai, jei šie procesai bus pertraukti. Mes taip pat turime didžiulių bendrų projektų. Tokios iniciatyvos kaip Europos branduolinių mokslinių tyrimų organizacija (CERN), kuri, nors ir yra visos Europos projektas, nemažai lėšų gauna iš tos pačios ES. Yra daugybė panašių bendradarbiavimo institucijų, kurios patirs neigiamų padarinių, o Didžioji Britanija šiuose projektuose nebedalyvaus.
Mane tokios perspektyvos liūdina.
------
J. O’Keefe’as
Gimė 1939 m. Niujorke, airių imigrantų šeimoje.
Niujorko miesto universitete įgijo bakalauro laipsnį, 1964 m. McGillio universitete (Monrealis) gavo magistro, 1967 m. – daktaro laipsnį.
1967 m. pradėjo dirbti Londono universiteto koledže, kur dirba iki šiol. 1987 m. tapo šio universiteto profesoriumi.
1971 m. smegenyse atrado vietos ląsteles. Jos laikinai tampa aktyvios, kai mėginame orientuotis aplinkoje.
2014 m. už šį atradimą buvo apdovanotas Nobelio premija medicinos srityje. Su juo tais pačiais metais apdovanoti ir May Britt bei Edvardas Moseriai už smegenų tinklelio ląstelių atradimą.
