Wiosło i inne części ciała

14-letnia Dorothee chce powiesić nad łóżkiem plakat swojego ulubionego zespołu muzycznego. Bierze pinezkę i próbuje przymocować nią papier do ściany. Jednak tynk jest zbyt twardy, pinezka wykrzywia się i spada na podłogę. Dziewczynka pociera bolący kciuk, po czym sięga po młotek, który znajduje się w skrzynce z narzędziami ojca. Zdecydowanymi uderzeniami wbija pinezkę w ścianę, co jakiś czas trafiając w kciuk albo palec wskazujący.

Podobnie jak niektóre gatunki zwierząt, człowiek w toku ewolucji wykształcił umiejętność posługiwania się narzędziami. Bez niej wiele naszych prób oddziaływania na środowisko – choćby wbicie gwoździa w ścianę – kończyłoby się klęską. A jako że narzędzia mają inne właściwości fizyczne niż części ciała, pozwalają nam one znacznie poszerzyć zakres działania. Kciuk jest zbyt miękki, a ramię za słabe, żeby wbić pinezkę w twardą powierzchnię. Uderzenie młotkiem rozwiązuje problem.
Narzędzia pozwalają nam w pewnym stopniu przekroczyć fizyczne ograniczenia ciała. Topór dodaje naszym uderzeniom mocy, dzięki czemu jesteśmy w stanie porąbać drzewo. Korkociąg sprawia, że bez trudu otwieramy butelkę wina. Pęseta jest bardziej precyzyjna niż palce, dlatego za jej pomocą z łatwością usuniemy ze skóry drzazgę.

Choć na co dzień nie zdajemy sobie z tego sprawy, posługiwanie się narzędziami stanowi niezwykłe wyzwanie dla układu ruchowego. Skąd wiemy, w jaki sposób należy poruszać ręką, żeby młotek trafił w gwóźdź, a nie w palec? Na pewno pomocne są tu nasze wcześniejsze doświadczenia w używaniu narzędzi, jak również obserwowanie innych ludzi, którzy to robią. Informacje na temat sekwencji potrzebnych ruchów przechowujemy w pamięci długotrwałej, co pozwala nam wykonywać je w sposób rutynowy. Wiedza ogólna dotycząca posługiwania się narzędziami, zdobywana na podstawie doświadczeń i utrwalana w procesie uczenia się, jest ponadto wciąż uaktualniana, stosujemy ją bowiem w coraz to nowych sytuacjach.

Badania z udziałem pacjentów z uszkodzeniami mózgu pokazały, że wiedza konceptualna o funkcji danego narzędzia oraz wiedza proceduralna na temat działania, które podejmujemy korzystając z niego, są przechowywane oddzielnie. Oznacza to, że te dwa rodzaje wiedzy również niezależnie ulegają zakłóceniu. Stąd możemy spotkać pacjentów, którzy mają problemy z wybraniem narzędzia odpowiedniego dla danej czynności i próbują na przykład umyć zęby grzebieniem. Inni z kolei sięgają po właściwy przedmiot, nie wiedzą jednak, jak go użyć.

Nieświadomie perfekcyjni
Gdy sięgamy po przedmioty bez użycia narzędzi, ruch ramienia i palców ukierunkowany jest na cel. Kluczową rolę odgrywa tu informacja sensoryczna na temat jego położenia. Dzięki niej możemy tak „skonfigurować” pracę mięśni, by dosięgnąć obiektu. Proces ten przebiega w sposób automatyczny i nie zdajemy sobie nawet z tego sprawy. W rzeczywistości jednak nie jest to umiejętność wrodzona, lecz nabyta w okresie niemowlęctwa.

W latach 50. ubiegłego wieku Ivo Kohler z Universität Innsbruck pokazał, jak wiele wysiłku potrzeba, aby nauczyć się sięgać po przedmioty. W swoim eksperymencie wykorzystał specjalne okulary, które odwracały obraz „do góry nogami”. Okazało się, że badani mieli problemy z utrzymaniem równowagi i zapanowaniem nad kończynami. W nowej rzeczywistości przestały obowiązywać wyuczone dotychczas zależności między ruchami głowy a bodźcami wzrokowymi z otoczenia. Początkowo uczestnicy mieli wielkie trudności z chwytaniem przedmiotów, jednak po kilku dniach przyzwyczaili się do nowej sytuacji i znów z łatwością wykonywali ruchy celowe.

Podobny problem pojawia się w sytuacji posługiwania się narzędziami. Planując ruch, trzeba uwzględnić nie tylko położenie celu względem ciała, ale również obecność innego przedmiotu w dłoni. Musimy zatem nauczyć się odpowiednio sterować nie tyle kończynami, lecz kończynami w połączeniu z narzędziem.

Wyobraźmy sobie, że chcemy wyjąć pralinkę z bombonierki. Mózg otrzymuje informację o naszym celu, tj. czekoladce, i precyzyjnie ustala, dokąd powinniśmy skierować rękę, żeby po nią sięgnąć. Następnie wysyła odpowiednie polecenie do mięśni i tak oto nasze palce chwytają słodki przysmak. A co, jeśli sięgamy po czekoladkę, używając szczypiec? Polecenie musi zostać odpowiednio zmodyfikowane.

Moje grabie, moje ciało
Atsushi Iriki, neurobiolog obecnie pracujący w japońskim RIKEN Brain Science Institute, oraz Angelo Maravita z wydziału psychologii Università degli Studi di Milano–Bicocca, potwierdzili, że narzędzia zostają niejako wbudowane w schemat naszego ciała i mózg traktuje je jak przedłużenie kończyny. Badacze nauczyli makaki sięgać po jedzenie przy pomocy grabi. Następnie rejestrowali aktywność neuronalną w obszarze śródciemieniowym, gdzie ma miejsce integracja informacji somatosensorycznych i wzrokowych. Naukowcy analizowali pobudzenie neuronów, które reagują na obydwa rodzaje danych, czyli tzw. neuronów bimodalnych. Część z nich reagowała na stymulację somatosensoryczną dłoni i na bodźce wzrokowe w jej pobliżu. Co ważne, już po 5 minutach operowania grabiami zauważono zmianę aktywności niektórych neuronów. Oznaczało to, że mózg traktował ten przedmiot jak przedłużenie kończyny górnej. Innymi słowy, narzędzie zostało włączone do neuronalnej reprezentacji ciała.

Shinya Yamamoto i Shigeru Kitazawa z University of Tsukuba w Japonii pokazali, że podobnie dzieje się u ludzi. Badacze przymocowali do dłoni uczestników eksperymentu niewielkie urządzenia, które wibrowały w krótkich odstępach czasu. Badani mieli wskazać, w której dłoni jako pierwszej odczują wibracje. Gdy trzymali ręce wyciągnięte prosto przed sobą, zadanie wykonywali niemal bezbłędnie. Kiedy jednak skrzyżowali je, popełniali wiele błędów w ocenie kolejności bodźców. Podobny efekt zaobserwowano, gdy uczestnicy trzymali w równolegle wyciągniętych przed sobą rękach skrzyżowane kijki. Choć ich ręce nie krzyżowały się, mieli trudności z określeniem, w jakiej kolejności kijki drgały. Innymi słowy, w sytuacji skrzyżowanych kijków badani uzyskali podobne wyniki jak w sytuacji skrzyżowanych rąk. Sugeruje to, że mózg interpretował narzędzia jako przedłużenie kończyn.

Potrze...