Oficiální časopis Akademie věd ČR

 


Z monitoringu tisku

 

Akademický bulletin 2010–2015

Plakat_obalky_web.jpg



Stopy AB v jiných titulech

Stopa AB v dalších médiích a knižních titulech

Abicko  > archiv  > 2003  > duben  > obsah

Jak sledovat činnost mozku

Lékaři dnes ke zjišťování onemocnění mozku využívají několik zobrazovacích metod (např. magnetickou rezonanci, počítačovou tomografii, funkční magnetickou rezonanci, pozitronovou emisní tomografii a další). Tyto metody neslouží jen k zobrazení fyzického poškození mozku, ale je pomocí nich možné také sledovat i jeho činnost a myšlenkové pochody. Jak konkrétně? Tuto otázku jsem položila MUDr. Jiřímu Horáčkovi, Ph. D., z Psychiatrického centra Praha a 3. lékařské fakulty UK v Praze:

Bouřlivě se rozvíjející nové funkčně zobrazovací metody umožňují rozpoznat řadu neurobiologických mechanismů, které jsou spojeny s jednotlivými stavy mysli. Pomocí pozitronové emisní tomografie (PET), jednofotonové emisní tomografie (SPECT) a funkční magnetické rezonance (fMR) jsme schopni identifi-kovat metabolismus, aktivaci a některé biochemické proměnné spojené s jednotlivými stavy mysli s vysokým rozlišením v prostoru (lokalizace v mozku) i v čase. Funkční magnetická rezonance (fMR) využívá nejčastěji rozdílných magnetických vlastností oxygenovaného a deoxygenovaného hemoglobinu. Deoxygenovaný hemoglobin je paramagnetický - snižuje intenzitu elektromagnetického signálu z okolních vodíkových molekul. v oblastech zvýšené neuronální aktivity rostou metabolické nároky a krevní průtok (vazodilatace). Tím dojde ke zvýšení koncentrace oxygenovaného Hb v aktivované tkáni a zvyšuje se intenzita signálu z dané oblasti. Výhodou metod založených na magnetické rezonanci je to, že jsou zcela neinvazivní a nepředstavují pro pacienta žádnou radiační zátěž. PET a SPECT jsou zase metody nukleární medicíny, při kterých je detekováno záření emitované z radioaktivně označené biologicky aktivní molekuly. Pomocí těchto metod hodnotíme regionální průtok krve v mozku, glukózový metabolismus nebo také aktivitu a rozmístění receptorů, enzymů a neuropřenašečů.

Pokud může fMRI, PET a SPECT sloužit ke sledování aktivity mozku a myšlenkových pochodů, nakolik už vědci mohou na základě těchto metod definovat poruchy v činnosti mozku a jeho onemocnění?

Vysoce sofistikované metody funkčního zobrazení mozku jsou v neurovědách a psychiatrii stále ještě především doménou výzkumu. Lze je rozdělit na studie neurofyziologické (zkoumají regionální mozkový metabolismus glukózy, regionální mozkové prokrvení a okysličení) a neurochemické (dovolující měřit denzitu receptorů, receptorovou obsazenost po farmakologickém zásahu, aktivitu endogenních neurotransmiterů, enzymatickou aktivitu či množství určitých látek v mozku). za jejich pomoci můžeme nalézt funkční koreláty jednotlivých stavů mysli, např. pohyb, vnímání, paměť, úsudek, emoce a podobně. Jednotlivé vzorce aktivity mozku jsou zkoumány jednak u zdravých, jednak se sledují změny při neuropsychiatrickém onemocnění, případně efektu terapie. Dochází tak k výraznému zpřesnění naší schopnosti porozumět mechanismu vzniku i terapii různých onemocnění.

Práci vědců a lékařů si už sotva dokážeme představit bez moderní výpočetní techniky. na počítačích dnes odborníci dokáží modelovat dokonce neuronové sítě - přinesly jim tyto postupy nějaké zajímavé výsledky?

Bez počítačů by žádná z metod funkčního zobrazení nemohla fungovat. Počítače jsou nutné ke zpracování vysoce objemných dat a k získání vlastních výsledků jednotlivých vyšetření. Navíc pomocí počítačů můžeme do jisté míry simulovat nebo modelovat činnost neuronální tkáně. Základní neurofyziologický výzkum poskytuje informace o činnosti jednotlivých neuronů a jejich populací a na počítačích je potom možné při nasimulování těchto proměnných napodobit funkci mozku při různých, zatím jen jednodušších, typech zpracování informací.

Mozek musí neustále zpracovávat obrovské množství informací, které do něho přicházejí. Jak si s nimi poradí? Jak se brání tomu, aby ho tyto vstupní informace nezahltily a aby se vůbec dokázal v rozumném čase nějak rozhodnout?

Ano, realita se skládá z nekonečného množství jednotlivostí, informací, které se mohou nebo nemusejí stát součástí vědomé zkušenosti. Nervový systém reguluje, co si z reality vybere (ohodnotí jako významné), tedy co vytřídí nebo vpustí do vnitřního prostoru zpracování informací, případně až do prostoru vnitřní reflexe, tedy vědomí. Informace musí prostoupit talamickým filtrem. Talamus je struktura, která skutečně reguluje nebo vybírá informace, jež dále postoupí do dalšího zpracování. Činnost talamu je regulována řadou dalších struktur včetně kůry a lze zjednodušeně říci, že má předchozí zkušenost se podílí na řízení toho, co se stane zkušeností současnou, tedy co přestoupí přes talamus ke kůře. Zpracování informací v kortexu je založeno na schopnosti vytvářet mentální mapy (schémata) reprezentace světa.

Co to je a jak a kdy se vlastně tyto mapy tvoří?

Mentální mapy reprezentace jsou skutečně jakési "mapy", tzn. obrazy světa v neuronálním kódu. Získáváme je během individuálního života, vznikají v důsledku zapojení obrovských populací neuronů v mozku (tzv. neuronálních sítí). Mapy reprezentace světa se vytvářejí na základě posilování váhy synaptických spojení při současném (časová koincidence) výskytu dvou a více informací. Je-li neuronální síť zapojena, může být později aktivována (vidím tvář a vybavím si jméno).

Je už znám způsob, jakým se to děje?

Pro komplex informací, které vstupují později do neokortikálního zpracování, je na základě procesu porovnávání nalezena nejvhodnější mapa reprezentace, tzn. v minulosti vytvořené zapojení neuronální sítě. Mapa, která je nejbližší aktuálně zpracovávané informaci, se v informační terminologii označuje jako atraktor. Součástí aktivace mapy (neuronální sítě, atraktoru) je také sled kroků (vzorec), které musí organismus udělat, aby reagoval adekvátně na určitou situaci. Rychlé nalezení a spuštění té správné mapy (atraktoru) představuje hlavní výhodu takto paralelně distribuovaných neuronálních sítí. v případě člověka se může jednat také o spuštění sekvence myšlenek. Myšlení se vyvinulo z vývojově starších motorických (pohybových) příkazů. Člověk je díky své schopnosti sebeuvědomění schopen reflektovat některé vnitřní pochody (příkazy), což tvoří základ myšlenek, přání, představ, tužeb, očekávání apod. Současně také dochází ke stálému dolaďování na základě současně zpracovávané situace. v nervovém systému tak dochází permanentně k tvorbě nových map, vyhledávání, aktivování a dolaďování map již vytvořených.

Jaké látky nebo systémy hrají v těchto procesech hlavní roli?

Na tvorbě kognitivních map (reprezentaci světa) se podílejí dva nejdůležitější neurotransmiterové systémy: excitační glutamatergní a inhibiční GABAergní systém. Oba tyto systém reagují především prostřednictvím receptorů spřažených s rychlými iontovými kanály, a proto zprostředkují rychlé a efektivní zpracování informací. Neokortikální asociační oblasti společně s vývojově starším hipokampem a dalšími limbickými strukturami jsou substrátem kognitivních map.

Současný výzkum v Psychiatrickém centru Praha (3. LF UK) a v Centru neuropsychiatrických studií (podporovaný projektem CNS LN00B122 MŠMT ČR) je zaměřen právě na propojení klinické deskripce fyziologických i patologických mentálních stavů s jejich funkčním zobrazením (fMR a PET) a modelováním neuronálního podkladu. Kombinace těchto přístupů umožňuje lépe porozumět fungování zdravé i nemocné mysli a poskytuje rovněž nové možnosti léčby vážných neuropsychiatrických onemocnění.

Za odpovědi děkuje Jana Olivová