Dołącz do czytelników
Brak wyników

Mózg i umysł , Laboratorium

28 stycznia 2016

IQ-tuning

Czy można – tak jak się to robi z silnikami samochodowymi – podrasować ludzki mózg? Sprawić, by dzięki niewielkim ingerencjom pracował szybciej, sprawniej i wydajniej? Naukowcy uważają, że tak.

10 lat temu neurobiolog Joe Tsien włożył brązową mysz do miednicy z mętną wodą. Gdy tylko wypuścił ją z rąk, popłynęła, robiąc duży łuk. Cały czas uważnie wpatrywała się w kolorowe przedmioty zawieszone tuż nad powierzchnią wody. Już po kilku sekundach znalazła ratunek na małej platformie, ukrytej tuż pod powierzchnią wody. Mysz znała położenie tej platformy, zapamiętała je po zaledwie trzech identycznych próbach. Większość myszy potrzebuje przynajmniej sześciu prób, by nauczyć się odnajdywać platformę ratunkową w labiryncie wodnym Morrisa – bo tak fachowo nazywa się owa miska z wodą. Joe Tsien swoją superinteligentną mysz ochrzcił Doogie – tak miał na imię genialny bohater amerykańskiego serialu „Doogie Howser, lekarz medycyny”, który już jako nastolatek został lekarzem.

Prace Tsiena, który związany był wówczas z Princeton University, były jedną z pierwszych udanych prób wyhodowania ponadprzeciętnie inteligentnych zwierząt. Naukowcom udało się wyhodować wtedy 33 rodziny myszy, których przedstawiciele – tak jak Doogie – dysponowali zdolnościami poznawczymi większymi niż ich zwyczajni pobratymcy. Zwierzęta te uczyły się szybciej, zapamiętywały dłużej informacje i szybciej znajdowały drogę w labiryncie.
Procesy molekularne związane z pamięcią długotrwałą przebiegają u ludzi i u gryzoni bardzo podobnie. To właśnie dlatego naukowcy eksperymentują na myszach: poszukują w ten sposób nowych form terapii zaburzeń uczenia się i pamięci u ludzi.

Duża część tych badań zmierza do znalezienia metody, dzięki której dojrzały mózg będzie lepiej przystosowywał się do zmiennych warunków. Naukowcy próbują przekształcić ten organ w „młodszą”, bardziej elastyczną jego wersję. Gdyby się to udało, zniknęłyby problemy poznawcze uwarunkowane starzeniem się. Poza tym, mając pełną wiedzę o zjawiskach zachodzących w mózgu, można zacząć go usprawniać. Niemożliwe? Przecież już dziś dysponujemy lekami, które eliminują deficyty uwagi i zaburzenia snu. Masowo stosują je studenci, którzy chcą ułatwić sobie naukę przed sesją. Wynalezienie pigułek, które nie tylko złagodzą zaburzenia uczenia się, lecz zwiększą również wydajność zdrowego mózgu, jest tylko kwestią czasu.

Mała wielka zmiana
Jednym z pionierów badań nad poprawą zdolności poznawczych jest Alcino Silva, neurobiolog z University of California w Los Angeles. Silva prowadził na myszach badania dotyczące nerwiakowłókniakowatości – znanej też jako choroba von Recklinghausena. Jest to genetycznie uwarunkowane schorzenie prowadzące do zaburzeń procesu uczenia się i objawiające się powstawaniem łagodnych guzów w tkance nerwowej. Naukowiec krzyżował myszy dotknięte tą chorobą, by przekonać się, jakie molekularne mechanizmy uczenia się i zapamiętywania działają u tych osobników.

Silva badał mutację pojedynczego genu, odpowiedzialną za chorobę von Recklinghausena. Krzyżując pod tym kątem kolejne osobniki, naukowiec przypadkowo stworzył superinteligentną mysz. Okazało się, iż białka sygnałowe z tzw. grupy białek Ras (koniecznych przy regulacji podziałów komórkowych i powodujące wzrost komórek), działają w ten sposób, że pobudzają niektóre komórki nerwowe, wyhamowując równocześnie działanie neuronów sąsiednich.

W tym samym czasie Steven Kush[-]ner, współpracownik Silvy, wyhodował myszy ze stale aktywnym białkiem Ras (produkowanym przez gen H-ras), znajdującym się tylko w neuronach pobudzających, tych, które zwiększają aktywność sąsiednich komórek. Badacze byli zaskoczeni, gdy zwierzęta wyhodowane przez Kushnera szybciej się uczyły i w testach pamięci przypominały sobie te informacje lepiej niż inne osobniki. Już po pierwszej próbie myszy zmodyfikowane genetycznie kojarzyły moment porażenia ich prądem z konkretnym otoczeniem i gdy ponownie wsadzono je do klatki, w której zostały potraktowane prądem, sztywniały ze strachu. Aby ta sama reakcja zaszła u „zwykłych” zwierząt, potrzebny jest więcej niż jeden impuls elektryczny.

Na czym opiera się więc w tym przypadku poprawa zdolności poznawczych? Otóż wspomnienia są przechowywane w pamięci długotrwałej i stają się tym wyraźniejsze, im lepiej są ze sobą powiązane komórki nerwowe. Zespół kierowany przez Silvę zaobserwował u myszy z aktywnym białkiem Ras podwyższone wydzielanie glutaminianu do synaps, które są miejscami kontaktu między neuronami. To z kolei znacznie ułatwia przekazywanie sygnałów. Ten proces określa się także jako długotrwałe wzmocnienie synaptyczne (ang. Long-Term Potentiation, LTP). – Najbardziej frapujące jest to, że tak małe różnice na poziomie molekularnym wywołują olbrzymie zmiany w zachowaniu – mówi Silva.

Na pomoc ewolucji
Joe Tsien, odkąd tylko zaczął pracę dla Medical College of Georgia w Auguście, dążył do stworzenia hiperinteligentnych myszy. Naukowiec skupił się w swoich badaniach na jednym tylko typie receptorów glutaminowych – tym, który aktywuje substancja o nazwie NMDA (N-metylo-D-asparaginian). Jest to związek chemiczny z grupy aminokwasów (metylowa pochodna kwasu asparaginowego). Receptory NMDA mają decydujące znaczenie dla przebiegu długotrwałego wzmocnienia synaptycznego. Zlokalizowane w błonie postsynaptycznej, związane są z kanałami jonowymi w synapsach. U młodych osobników ich podstawową składową są cząstki typu NR2B, wraz z wiekiem są one zastępowane przez typ NR2A. W związku z tą zmianą przedział czasowy, w którym kanały jonowe pozostają otwarte na napływający sygnał, ulega znacznemu skróceniu. To z kolei prowadzi do zmniejszonej aktywności komórek nerwowych u ludzi i zwierząt w starszym wieku. Receptory NMDA są określane jako tzw. detektory koincydencji mózgu, ponieważ są aktywne, gdy równocześnie aktywują się różne powiązane ze sobą komórki. Działanie właśnie tych receptorów umożliwia powiązanie w mózgu różnych bodźców w spójną całość – np. widok ognia i związana z nim świadomość możliwego wystąpienia bólu.

Tsien wyhodował więc myszy, które wytwarzały więcej NR2B niż wynosi norma. Dzięki temu receptory NMDA były dłużej otwarte także u dorosłych osobników. Połączenie synaptyczne zostało wzmocnione tak, aby gryzonie mogły łatwiej skojarzyć ze sobą różne wydarzenia. – Wszyscy myśleli, że zwariowałem. Mówili mi: „Mózg został zoptymalizowany w toku ewolucji. Nie ulepszysz go” – wspomina Tsien. Gdy w 1999 roku opublikował wyniki swoich badań, wywołały one wielkie poruszenie w świecie naukowym. Amerykański magazyn „Time” poświęcił jego pracy jeden z numerów, prowokacyjnie pytając na okładce, czy badacze odkryli „gen inteligencji”.

Zarówno Doogie, jak i jego jeszcze bardziej inteligentni potomkowie, dysponują znacznie lepszymi zdolnościami poznawczymi niż zwykłe myszy. Długotrwałe wzmocnienie synaptyczne jest silniejsze u prawie wszystkich osobników z linii tego supersamca. – Jest wiele sposobów na poprawienie zdolności ucz...

Ten artykuł dostępny jest tylko dla Prenumeratorów.

Sprawdź, co zyskasz, kupując prenumeratę.

Zobacz więcej

Przypisy