Potkan běhá v kulaté aréně a sbírá kuličky potravy. Kolem něj jezdí malý robot na kolečkách. Když se k sobě přiblíží, dostane zvíře mírný, ale citelný elektrický impulz.
Tak vypadala první fáze experimentu výzkumníků z Fyziologického ústavu AV ČR a katedry zoologie a fyziologie Přírodovědecké fakulty UK. Jeho cílem bylo zjistit, jak mozek zpracovává pohyblivé vjemy. Objev by mohl být využit k vývoji citlivých testů pro včasnou diagnózu Alzheimerovy nemoci a dalších neurodegenerativních chorob, zveřejnil minulý týden časopis PNAS americké akademie věd.
„Svět kolem nás se stále mění a pohybuje. Denně cestujeme v dopravních prostředcích, míjíme stovky lidí na ulicích. Zvířata se zase musejí vyhýbat dravcům nebo hledat sexuální partnery mezi jedinci stejného druhu, což vyžaduje, aby mozek byl na zvládání a pamatování si pohyblivého světa patřičně evolučně vybaven,“ konstatuje jeden z autorů studie, Aleš Stuchlík z Fyziologického ústavu AV ČR.
Badatelé proto už desítky let zkoumají, jak se zvířata i člověk orientují v prostoru. Většina pozornosti se ale dosud soustředila na nepohyblivé prostředí.
Mentální mapa, nebo slova Je známo, že se na prostorové orientaci nějakým způsobem podílí hipokampus, mozková struktura tvarem připomínající mořského koníka (latinsky Hippocampus).
Existuje více teorií, jakým mechanismem tato část mozku vnímání prostoru zpracovává. Podle jedné z nich sídlí v hipokampu jakási mapa vnějšího prostředí, která slouží hlavně k zapamatování míst, jež nejsou přímo označená či viditelná a jejich polohu lze určit jen na základě prostorových vztahů k okolnímu světu. Další teorie, založené na studiu chování člověka, poukazují na roli této mozkové struktury v tzv. deklarativní paměti, což je vědomá paměť pro fakta a události, které jde vyjádřit slovy.
„Doposud se předpokládalo, že hipokampus nehraje žádnou roli v zapamatování si polohy přímo viditelných či jinak označených míst, k čemuž zvířata i lidé využívají nižší mozková centra,“ uvádí Aleš Stuchlík. Česká studie však ukazuje, že to platí pouze v případě, když jsou tyto orientační body nehybné. Hipokampus však „převezme velení“ v situaci, kdy se zvíře musí orientovat vzhledem k pohybujícímu se, byť přímo viditelnému cíli.
Princip pokusu byl celkem jednoduchý: vědci vycvičili sedmnáct potkanů, aby se naučili vyhýbat se pojízdnému robotovi, kterého sestrojil Pavel Jiroutek z Matematickofyzikální fakulty UK. Robot i potkan měli na hlavě malé diody, které snímala kamera a počítač zaznamenával jejich dráhy. Když se k sobě přiblížili na méně než 25 cm, systém vyslal impulz do elektrody, kterou měli potkani voperovanou pod kůži. Díky uzemněné podlaze a zrohovatělé kůži na tlapkách zvířata impulz pocítí právě na packách.
„Elektrické ranky musejí být velmi mírné, aby je potkani vnímali pouze jako nepříjemné, nikdy však jako silně bolestivé. Kromě snahy o maximálně vlídné zacházení se zvířaty jde také o to, že panika navozená bolestivými podněty u zvířat vyvolává apatický stav označovaný jako freezing neboli zamrznutí, strachem vyvolané setrvání v nehybném stavu. My však potřebujeme, aby se zvířata v experimentu čile pohybovala,“ vysvětluje další z autorů, Petr Telenský z Fyziologického ústavu AV ČR a Přírodovědecké fakulty UK.
Potkani se tímto způsobem za týden naučili spolehlivě vyhýbat stojícímu i jezdícímu robotovi. Potom jim výzkumníci předem voperovanou kanylou zavedli do hipokampu nervový jed tetrodotoxin, který pochází z ryb z čeledi čtverzubcovitých (latinsky Tetraodontiformes). O něm je známo, že při podání v malé dávce dokáže dočasně přerušit komunikaci neuronů a vyřadí danou část mozku z činnosti.
Ukázalo se, že potkani s deaktivovaným hipokampem se stojícímu robotovi nadále vyhýbají, pohyblivému ale nikoliv. Po skončení pokusu experti vpravili stejnou kanylou místo jedu inkoust. To jim umožnilo později při pitvě ověřit, že kanyly skutečně končily v hipokampu a jed při experimentu nemohl zasáhnout jiné oblasti.
Na stopě Alzheimerovy nemoci Z pokusu tedy vyplývá, že hipokampus hraje podstatnou roli ve schopnosti mozku průběžně kódovat změny v okolním prostředí. „To mění naše dosavadní představy o funkci této mozkové struktury,“ říká Aleš Stuchlík. Obě zmíněné teorie o fungování hipokampu tak bude pravděpodobně nezbytné doplnit.
Přestože studie probíhala na potkanech, podle autorů lze výsledky do značné míry vztáhnout i na člověka. „Člověk má sice bezesporu mnohem složitější mozek a v kůře má řadu specializovaných center, ale základní fyziologické, anatomické i funkční rysy mozku jsou velmi podobné,“ podotýká Petr Telenský.
V posledních letech výzkumy navíc ukazují, že je fungování mozku u různých obratlovců shodnější, než se předpokládalo. To může platit také o hipokampu. Původní představy počítaly s tím, že hipokampus u lidí slouží k zapamatování událostí a věcných znalostí, zatímco u hlodavců k prostorové navigaci.
Nyní se ale ukazuje, že se na prostorové navigaci významně podílí také u člověka, jak dokazuje například známá britská studie ukazující, že londýnští taxikáři mají výrazně větší hipokampus než běžní Londýňané. „Týmu profesora Eichenbauma z Bostonu se zase podařilo ukázat, že u potkana se hipokampus zapojuje i v situacích, kdy si má potkan pamatovat souvislosti mezi pachovými podněty a určitými událostmi,“ připomíná Petr Telenský.
U potkanů lze také například vyvolat poruchy, jež jsou pokládány za určité modely konkrétních lidských psychiatrických onemocnění, a pokusy s prostorovou navigací lze použít k hodnocení účinku potenciálních nových léčiv. „Za určitých podmínek by mohl být takto využit i náš experiment s robotem,“ věří Aleš Stuchlík.
Poznatky o významu hipokampu v prostorové orientaci by podle jeho slov mohly být využity například při vývoji citlivých diagnostických testů pro poruchy paměti, jaké nacházíme třeba u Alzheimerovy nemoci. Právě hipokampus je strukturou. která bývá při této nemoci poškozena velmi brzy, dokonce jako jedna z prvních.
***
Poznatky o hipokampu mohou být využity například při vývoji diagnostických testů pro poruchy paměti
Potkani se naučili vyhýbat se robotovi v aréně - když se k nim přiblížil na 25 cm, dostala zvířata do pacek elektrický impulz. Pak vědci potkanům jedem vyřadili z činnosti oblast mozku hipokampus a zvířata se robotovi přestala vyhýbat. Z toho vědci soudí, že právě hipokampus v mozku zpracovává pohyblivé podněty.
