Kdy začínáme tvořit myšlenky? Mezinárodní tým vědců zjistil, že první okamžiky elektrické aktivity mozku probíhají ve strukturovaných vzorcích a bez jakýchkoli vnějších zkušeností, což naznačuje, že mozek je „přednastaven“ instrukcemi pro interakci se světem.
Tým vedený Kalifornskou univerzitou v Santa Cruz provedl studii s použitím miniaturních modelů lidské mozkové tkáně (organoidů) a výsledky byly publikovány v časopise Nature Neuroscience.
„Tyto buňky na sebe zjevně vzájemně působí a vytvářejí obvody, které se samy sestavují ještě předtím, než můžeme vnímat cokoli z vnějšího světa,“ říká Tal Sharf, výzkumník z Baskin School of Engineering a hlavní autor studie. „Existuje operační systém, který vzniká v prvotním stavu. V laboratoři pěstujeme mozkové organoidy, abychom mohli pozorovat tuto primordiální verzi operačního systému mozku a studovat, jak se mozek buduje ještě předtím, než je formován smyslovými zkušenostmi,“ vysvětluje.
Zlepšení našeho základního chápání vývoje lidského mozku může vědcům pomoci lépe porozumět neurovývojovým poruchám a určit dopad toxinů, jako jsou pesticidy a mikroplasty, na vyvíjející se mozek.
Vyvíjející se mozek
Mozek, podobně jako počítač, funguje na základě elektrických signálů: střílení neuronů. Kdy tyto signály začínají střílet a jak se lidský mozek vyvíjí, je pro vědu výzvou, protože raný vývoj lidského mozku probíhá během těhotenství.
Organoidy – 3D modely tkání vypěstované z lidských kmenových buněk v laboratoři – jsou pro studium vývoje mozku obzvláště užitečné a lze je pěstovat ve velkém množství. V rámci této studie tým přiměl kmenové buňky k tvorbě mozkové tkáně a poté měřil elektrickou aktivitu pomocí specializovaných mikročipů, podobných těm, které se používají v počítačích.
Tým sledoval elektrickou aktivitu mozkové tkáně, která se z kmenových buněk formovala do tkáně schopné zpracovávat smysly a vytvářet jazyk a vědomé myšlení. Zjistili, že v prvních měsících vývoje, dlouho předtím, než je lidský mozek schopen přijímat a zpracovávat složité vnější smyslové informace, jako je zrak a sluch, začaly jeho buňky spontánně vysílat elektrické signály charakteristické pro vzory, které jsou základem zpracování smyslů.
Po desetiletích neurovědeckého výzkumu vědci zjistili, že neurony střílejí ve vzorcích, které nejsou jen náhodné. Mozek má „výchozí režim“, základní strukturu pro aktivaci neuronů, která se pak stává specifičtější, když mozek zpracovává smyslové signály, jako je čich nebo chuť. Tento výchozí režim vymezuje možný rozsah smyslových reakcí, které mohou tělo a mozek vyvolat.
Samoorganizující se systémy
Sharf a jeho kolegové při pozorování na organoidních modelech zjistili, že tyto nejstarší pozorovatelné vzorce se nápadně podobají výchozímu režimu mozku. Dokonce i bez toho, že by obdržely jakýkoli smyslový vstup, spouštějí složitý repertoár časově založených vzorců nebo sekvencí, které mají potenciál být zdokonaleny pro konkrétní smysly, což naznačuje zakódovaný genetický plán, který je vlastní nervové architektuře živého mozku.
„Tyto vnitřně samoorganizující se systémy by mohly sloužit jako základ pro budování reprezentace světa kolem nás,“ naznačuje Sharf. „Skutečnost, že je můžeme pozorovat v těchto raných stádiích, naznačuje, že evoluce našla způsob, jak pro centrální nervovou soustavu vybudovat mapu, která nám umožňuje navigaci a interakci se světem,“ poznamenává.
Vědět, že tyto organoidy vytvářejí základní strukturu živého mozku, otevírá řadu možností pro lepší pochopení vývoje lidského nervového systému, nemocí a účinků toxinů na mozek, uvádí studie.
Důsledky a budoucí výzkum
Objev, že lidský mozek může být předurčen k chápání světa, má hluboké důsledky pro neurovědu a psychologii. Toto předurčení by mohlo vysvětlit, proč jsou lidé schopni učit se a přizpůsobovat se svému okolí tak rychle již od útlého věku. Myšlenka, že mozek má základní „operační systém“, by také mohla vědcům pomoci vyvinout nové terapie neurologických a psychiatrických poruch.
Kromě toho by tento výzkum mohl ovlivnit vývoj umělé inteligence. Pochopením toho, jak se lidský mozek sám organizuje a zpracovává informace, by vědci mohli navrhnout systémy umělé inteligence, které by tyto procesy napodobovaly, a zlepšit tak jejich schopnost učit se a přizpůsobovat se.
V neposlední řadě studie také zdůrazňuje význam ochrany vyvíjejícího se mozku před škodlivými vnějšími faktory. Zjištěním toho, jak mohou toxiny ovlivnit tvorbu těchto raných elektrických vzorců, mohou vědci prosazovat přísnější politiku používání pesticidů a dalších chemických látek, které by mohly poškodit vyvíjející se mozek.