Krása mozku

Je lidský mozek se všemi svými schopnostmi řešit problémy a tvůrčími schopnostmi dostatečně silný, aby se dokázal pochopit? Nic ve známém vesmíru (s výjimkou samotného vesmíru) není složitější; mozek obsahuje asi 100 miliard nervových buněk nebo neuronů, z nichž každá může komunikovat s tisíci dalších mozkových buněk.

Z tohoto příběhu

[×] ZAVŘÍT

VIDEO: Brain Tricks - Takhle funguje váš mozek

Související obsah

• Mozkové buňky pro socializaci
• Detekce lži

Protože my primáti jsou především vizuální tvorové, možná nejlepším způsobem, jak pochopit mozek, je to jasně vidět . To je cílem 125 let, protože španělský vědec Santiago Ramón y Cajal začal používat skvrnu, která označovala jednotlivé neurony. Podíval se skrz mikroskop na obarvené buňky a větevovité projekce, s nimiž se spojili s jinými neurony. "Tady bylo všechno jednoduché, jasné a nekonfúzní, " napsal o svých pozorováních, počátcích moderní neurovědy.

Vědci od té doby vymysleli metody pro stanovení konkrétních úkolů, na které se specializují různé oblasti mozku - například některé neurony, věnované zpracování zraku, detekují pouze vodorovné linie, zatímco jiné cítí nebezpečí nebo produkují řeč. Vědci vytvořili mapy, které vymezují, jak jsou mozkové oblasti nesousedící navzájem spojeny dlouhými úseky buněčných projekcí zvaných axony. Nejnovější mikroskopické techniky odhalují změnu neuronů v reakci na zážitek - potenciálně zaznamenávající paměť. Schopnost vidět mozek na čerstvém světle vyvolala v posledních několika desetiletích množství poznatků.

Nyní jsou výpravy vědců do tohoto vesmíru využívány odlišně - jako umělecké předměty. Carl Schoonover, neurovědec v oblasti školení na Columbia University, shromáždil zajímavé obrazy mozku pro novou knihu, Portréty mysli (Abrams). "Jsou to skutečná data, nikoli interpretace umělců, " říká. "Na to se neurovědci dívají ve svých mikroskopech, MRI strojích nebo elektrofyziologických systémech." Neurověda existuje kvůli těmto technikám. “

Vědci si zapůjčením genu z fluorescenční medúzy a jeho vložením do DNA červů nebo myší v laboratoři nechali zářit neurony. Cajalova barvicí technika fungovala pouze na tkáni post mortem a náhodně označila neurony, ale nová barviva vědcům umožnila „studovat neurony u živých zvířat a tkání“, poznamenává Joshua Sanes z Harvardské univerzity v eseji v knize.

Jedna z nejnovějších metod se spoléhá na gen, díky kterému jsou řasy citlivé na světlo. Svítící světlo na neurony obsahující gen může změnit jejich chování. "Pokroky nám umožňují manipulovat s činnostmi jednotlivých buněk a typů buněk pomocí paprsků světla, " píše Terrence Sejnowski ze Salk Institute pro biologická studia.

Mozek zůstává záhadný, ale vzorce na těchto obrázcích - bohaté spirály nervových spojení, neočekávané symetrie a vrstvy struktury - povzbuzují vědce, aby věřili, že jej ještě dešifrují. Schoonover naopak doufá, že „přiměje čtenáře, aby si mysleli, že stojí za to zjistit, jaké obrázky jsou a proč jsou tak krásné.“

Laura Helmuth je senior editor pro Smithsonian .

Fotografie jsou od Portrét mysli: Vizualizace mozku od starověku do 21. století od Carl Schoonover, publikoval Abrams.

Bohatě vrstvený hippocampus je místem, kde se vytvářejí vzpomínky. Tři hlavní složky hippocampu v tomto mozku myši jsou označeny písmenem. (Tamily Weissman, Jeff Lichtman a Joshua Sanes (2005) / Abrams Books) Ve správných podmínkách se vzory vynořují z monumentální složitosti mozku. Jedna z nejnovějších aplikací zobrazování magnetickou rezonancí sleduje tok vody v buňkách a odhaluje nervové ústrojí, které v mozku vytvářejí spojení na velké vzdálenosti. Na tomto obrázku mozku přecházejí modré trakty mezi horní a dolní část, červenou mezi pravou a levou a zelenou mezi přední a zadní. (Patric Hagmann (2006) / Abrams Books) Zobrazování mozku prošlo od hrubé anatomie ke složitým obvodům. V tomto prvním známém neurovědním diagramu, Ibn al-Haytham, circa 1027, jsou znázorněny oči a optické nervy. (Ibn al-Haytham (cca 1027) / Se svolením knihovny Süleymaniye, Istanbul / Abrams Books) Santiago Ramón y Cajal z roku 1914 kresba kyprého neuronového těla propleteného úponkami z jiných neuronů. (Santiago Ramón y Cajal (1914) / S laskavým svolením Dr. Juan A. de Carlos, Cajal Legacy, Instituto Cajal (CSIC) / Abrams Books) Forma, kterou neuron nabývá, je určena jeho funkcí, stejně jako způsob, jakým je skupina neuronů organizována. Zde jsou znázorněny světlé podlouhlé shluky v části mozku myši citlivé na dotek; každý zpracovává nervové signály z jiného vousu. (Lasani Wijetunge a Peter Kind, 2008 / Abrams Books) Všechny tyto mozkové aktivity a základ pro některé zobrazovací techniky jsou hustou sítí jemných krevních cév. (Alfonso Rodríguez-Baeza a Marisa Ortega-Sánchez (2009) / Abrams Books) Toto není abstraktní umění - je to znázornění nervové aktivity v mozku opice. Tato část mozku, nazývaná vizuální kůra, je jednou z prvních částí mozku, která přijímá informace z očí. Vizuální kůra je naladěna na jednoduché tvary, jako rovné čáry. Opice byla zobrazena linie v různých orientacích a různé barvy představují kousky kůry, které se zvláště zajímají o daný typ čáry. Například neuronové klastry zvýrazněné zeleně jsou aktivní, když opice vidí svislou čáru; shluky žlutých neuronů jsou naladěny na vodorovné čáry. (S laskavým svolením Yevgeniy B. Sirotin) Když mozek pracuje dobře, různé části jsou spojeny dlouhými vlákny zvanými axony (viz foto 2). Ale když je mozek poškozen (jako na tomto obrázku od pacienta, který utrpěl mozkovou mrtvici v části mozku zvané thalamus), spojení se zhroutí. (S laskavým svolením společnosti Henning U. Voss) Neurony spolu komunikují uvolňováním chemikálií, jako je dopamin, z váčků zvaných vezikuly. Vezikuly, které jsou zde vidět ve fibroblastové buňce, mají geodický vnější povlak, který nakonec vyskočí přes stranu buňky a uvolní svou chemickou zprávu, aby ji mohli detekovat sousedé buňky. (Obrázek vytvořil John Heuser, MD) Naše buňky jsou obklopeny lešením bílkovin, které udržuje tvar buňky. Pod elektronovým mikroskopem vypadají proteinová vlákna nazývaná aktinová vlákna jako splétaná lana. (Obrázek vytvořil John Heuser, MD) Hippocampus je sídlem paměti. Pokud je poškozen, můžete si vzpomenout na věci, které se odehrály dlouho před zraněním, ale nebudete si moci pamatovat nové vzpomínky. (S laskavým svolením Thomase Deerincka a Marka Ellismana) Děkuji mozku - spletitý lalok tkáně v zadní a dolní části mozku - za vaši schopnost tančit nebo jezdit na kole. Je to všechno o koordinaci motorů. V tomto obarveném plátku mozkové tkáně jsou podpůrné buňky zvané glia v modré a buňky zvané Purkinje neurony v zelené. Purkinje neurony jsou jedny z největších neuronů v mozku a mají rozsáhlé větvící se sítě projekcí zvané dendrity. (S laskavým svolením Thomase Deerincka a Marka Ellismana) Před několika lety neurovědci přišli na to, jak vzít dva fluorescenční proteiny, které zářily zeleně nebo červeně, a proměnit je v duhu různých barev, které lze začlenit do jednotlivých neuronů. Zde se technika používá k barvení buněk v mozečku. Výsledek? „Mozek“. (Myš Brainbow byla produkována J. Livetem, TA Weissmanem, H. Kangem, RW Draftem, J. Luem, RA Bennisem, JR Sanesem, JW Lichtmanem) Hustě vrstvený hippocampus, který se ukáže být klíčovým pro paměť, byl předmětem tohoto kresby z roku 1895 Josepha Julesa Dejerina. (Fotografie Dwighta Primiana, Anatomie des center nerveux . Paříž, Rueff, 1895-1901) Kniha Carl Schoonover zahrnuje eseje některých předních světových neurovědců. (Se svolením Abrams Books)