Představte si, že by dráty, kterými proudí elektřina od vypínače k žárovce, aktivně rozhodovaly o tom, jak kvalitně bude lampa svítit. Podobně to podle nových výzkumů probíhá v našem mozku.
Donedávna si vědci mysleli, že se učení, myšlení a vůbec všechny mozkové procesy odehrávají v šedé mozkové kůře, kde jsou těla nervových buněk.
V poslední době ale vychází najevo, že se na nich podílí také tzv. bílá hmota, jež vyplňuje vnitřek obou hemisfér. V ní se přitom žádné neurony nenacházejí. Tvoří ji především výběžky z neuronů, vlákna zvaná axony, která slouží jako komunikační kanály mezi neurony v různých částech mozkové kůry.
Nejsou však jen pasivními „dráty“, jimiž proudí vzruchy od jednoho neuronu ke druhému. Přenos informací mohou aktivně ovlivňovat. Vyplývá to z článku amerického neurofyziologa R. Douglase Fieldse, zveřejněného nedávno v časopise Scientific American.
Podobně jako elektrické kabely mají i nervová vlákna izolaci - tukovou látku myelin, jež dává bílé hmotě její barvu. A právě způsob obalení je podle nových poznatků faktorem, který může ovlivňovat učení a další mozkové pochody. Poškození izolace může naopak vést k závažným chorobám.
Postupná izolace Při narození je většina nervových vláken nahá, obalují se postupně až zhruba do 25. roku života. Tento proces, odborně nazývaný myelinizace, je jednou ze složek dozrávání mozku.
Nejdříve zraje somato-senzorická kůra, která zpracovává podněty související se základními tělesnými potřebami, dále oblasti zraku, sluchu a ostatního smyslového vnímání. Následují mozková centra řeči a pohybu a další struktury, zatímco čelní lalok hemisfér, který má na starosti složitější procesy, jako je sebekontrola, hodnocení nebo rozhodování, a mozeček zajišťující přesnou koordinaci pohybů, dozrávají později.
Americký neurofyziolog R. Douglas Fields nastínil myšlenku, že postupná tvorba bílé hmoty může vést například k tomu, že má dospívající mládež problémy se sebekontrolou a rozhodováním, protože to jsou věci, které se odehrávají v přední části mozkových hemisfér, jež dozrávají jako poslední. Nebo k tomu, že se děti učí snáz než dospělí. „Když si osvojujeme nové dovednosti, nervová vlákna rostou, získávají další větve a jiné se naopak zkracují podle získaných zkušeností. Když je už většina axonů obalená myelinem, jsou tyto změny víc omezené,“ píše Fields.
„Celkově se mi jeho článek líbí, ale tato myšlenka mě příliš neuchvátila. Pokud se bílá hmota podílí na tom, že se ve stáří hůř učíme, bude to jen pár procenty. Jinak podle mého názoru hraje roli spíš celková plasticita mozku,“ hodnotí teorii amerického odborníka neurofyziolog profesor Pavel Mareš z Fyziologického ústavu AV ČR.
Zároveň upozorňuje na důkaz, že se axony mohou větvit i v mozku dospělého člověka. „Krásně to vidíme ve chvíli, kdy nemoc nebo úraz poškodí mozek. Axony vedoucí do míst, kde větší počet neuronů odumřel, si hledají nový cíl. Mohou začít růst jiným směrem nebo se dokonce znovu větvit,“ popisuje český odborník.
Za pravdu mu dává také nedávné zjištění, že proces myelinizace pokračuje až do 55. roku života, i když mnohem pomalejším tempem.
Přesné načasování Není ovšem pochyb, že se myelin přímo podílí na učení komplexnějších dovedností. Ovlivňuje totiž, jakou rychlostí nervový vzruch proudí vláknem. To má velký význam pro koordinaci složitějších úkonů.
Představme si například, co se děje v mozku třeba při hře na piáno: Nejdřív vidíme notu. Primární zraková kůra nám řekne, na jaké lince notové osnovy se nachází a jak vypadá. Asociační kůra podle toho určí, jak vysoký a dlouhý tón máme zahrát.
Pak dá povel premotorické kůře, která řekne kůře motorické, jaký pohyb máme udělat. Zmáčkneme klávesu a následuje zpětná vazba, kterou analyzuje mozeček - ten má informaci, jaký pohyb jsme měli učinit, a zároveň se dozví, jaký pohyb se skutečně odehrává. Podle toho může dokončení pohybu ještě korigovat.
Komunikace mezi všemi zmíněnými částmi mozku musí být přesně načasovaná. Pokud má signál z jednoho místa dorazit ve stejný okamžik do několika různě vzdálených cílů, je logické, že musí putovat rozdílnou rychlostí. Obecně rychlost signálu zvyšuje právě myelinová vrstva. Je elektricky nevodivá a brání přeskoku informace z jednoho vlákna na jiné.
„Neobalené vlákno vede vzruchy rychlostí 0,5 metru za sekundu, obalené 120 až 140 metrů za sekundu - tedy skoro třistakrát rychleji,“ vysvětluje profesor Mareš.
Myelinová pochva ale nepokrývá celé vlákno. Zůstávají v ní mezery, tzv. Ranvierovy zářezy.
Pokračování na straně 30
Dokončení ze strany 27
V každém z nich se změní elektrická polarita a s ní prostupnost membrány pro ionty nesoucí elektrický náboj. Akční potenciál tak „přeskakuje“ z jednoho zářezu do druhého a signál putuje rychleji než neobaleným vláknem. Četnost zářezů pak reguluje skutečnou rychlost.
Frederick Ullén ze stockholmského Ústavu pro výzkum mozku, který je zároveň výtečným pianistou, se rozhodl ověřit, zda a jak se bílá hmota podílí právě na hře na tento hudební nástroj. Využil k tomu zdokonaleného způsobu magnetické rezonance zvaného DTI, jež dokáže bílou hmotu nejen zobrazit, podobně jako klasická magnetická rezonance, ale zároveň rozpozná její více využívané části.
Zjistil, že pianisté mají lépe vyvinutou část bílé hmoty, která koordinuje pohyb prstů s dalšími zmíněnými oblastmi mozku, které se při provozování hudby aktivují. Našel také souvislost mezi tloušťkou izolační vrstvy na nervových vláknech a tím, kolik hodin denně pianista cvičí.
Jiný výzkum pro změnu ukázal, že potkani, kteří strávili mládí v pestřejším prostředí (s hračkami a s možností kontaktu se svými vrstevníky), mají víc bílé hmoty v oblasti zvané corpus callosum, jež propojuje levou a pravou hemisféru. Podobně bylo zjištěno, že zanedbané děti mají v této oblasti méně bílé hmoty.
Vejce, nebo slepice Vedle učení a koordinace má ovšem bílá hmota vliv také na některé nemoci. „Největší roli hraje u roztroušené sklerózy, při ní se opravdu myelin v některých částech centrální nervové soustavy ztrácí,“ říká profesor Mareš.
Dále mají vědci podezření, že se může podílet i na dalších chorobách - třeba na dyslexii, při níž špatně funguje již zmíněná koordinace mezi různými mozkovými centry. Spekuluje se také o schizofrenii, autismu, maniodepresivní poruše, Alzheimerově nemoci nebo hyperaktivitě. U pacientů s těmito nemocemi totiž vědci našli abnormální změny ve struktuře bílé hmoty.
Kromě toho výzkumy z posledních let naznačují, že některé geny, jejichž mutace souvisí se schizofrenií, se zároveň podílí na tvorbě myelinu. Kupříkladu vloni zveřejnil Gabriel Corfas, neurolog z Dětské nemocnice v Bostonu, výsledky studie na potkanech. Vypnul jim určité geny v oligodendrogliích, tedy v pomocných buňkách v bílé hmotě, které vytvářejí myelinovou pochvu (blíže viz text Obalit vlákno není jen tak). Výsledkem bylo chování potkanů připomínající projevy schizofrenie.
Zároveň ovšem existují jiné teorie o vzniku této choroby, které souvisí přímo s činností neuronů a šedé mozkové kůry.
„Trochu se obávám trendu, že nyní bude význam bílé hmoty přeceňován. Zdůraznil bych, že se na zmíněných věcech podílí, což je bezesporu zajímavý a přínosný poznatek - ale nikoliv, že je sama způsobuje,“ upozorňuje profesor Pavel Mareš. „A platí to jak pro učení, tak pro případný vliv na nemoci. V mozku jsou všechny procesy tak složité, že jen výjimečně lze poukázat na jednu oblast a říct, že je za něco stoprocentně zodpovědná,“ pokračuje český odborník.
Kromě toho zůstává ohledně funkce myelinu na činnost nervových vláken nezodpovězená důležitá otázka.
R. Douglas Fields přiznává, že není jisté, zda „bylo dřív vejce, nebo slepice“ - tedy zda je silnější vrstva myelinu na některých svazcích nervových vláken příčinou, nebo naopak důsledkem jejich zvýšené aktivity. Nelze vyloučit ani to, že u některých procesů je to tak a u jiných naopak. Hledání odpovědi je výzva, které se musí chopit další týmy výzkumníků.
Pianisté mají lépe vyvinutou část bílé hmoty, která koordinuje pohyb prstů s dalšími oblastmi mozku
***
Víc než dráty
Bílou hmotu v mozku tvoří nervová vlákna - axony vybíhající z neuronů a spojující jednotlivé části mozku. Nové výzkumy ukazují, že jsou víc než jen komunikačními kanály: struktura jejich izolace, tzv. myelinové pochvy, se aktivně podílí na učení a koordinaci.
Při narození je myelinem obalená jen malá část nervových vláken, s věkem bílé hmoty přibývá
O autorovi| Eva Vlčková, redaktorka LN
