Sciencemag.cz
Doporučujeme
Jak by /v lidském mozku/ vypadala jízda na kole? Kolik by vážila? Kde se nachází?
Zásadní otázkou pro dnešní vědu už není, zda je mozek tvořený souvislou sítí nebo oddělenými buňkami, jak se dohadovali Ramón y Cajal a Golgi, ale něco v tomto smyslu: „Jaký je rozdíl mezi mozkem někoho, kdo umí jezdit na kole, a člověka, který to neumí?“ Nebo jak prohlásil Lichtman: „Jak by vypadala jízda na kole? Kolik by vážila? Kde se nachází?“ Dále říká: „Podobné otázky nelze zodpovědět, aniž byste se neponořili hluboko do tajů nastavení nervové soustavy.“ Schéma zapojení mozku (mapa, která ukazuje, jak jsou spolu neurony navzájem propojené) se ve skutečnosti pokládá za natolik důležité, že za účelem jeho popisu vzniklo nové slovo: konektom. Při vyhledávání slova „konektom“ (angl. connectome) by v roce 2005 na Googlu vyskočilo nějakých deset výsledků a velká část z nich by předpokládala, že uživatel hledal jiné slovo. Dnes stejné hledání přinese více než milion výsledků. Sebastian Seung, počítačový vědec z Princetonu, říká: „Jste svým vlastním konektomem.“iv Domnívá se, že zmapování „celého lidského konektomu představuje jednu z největších technologických výzev všech dob“.
Je možné, že konektom nebude stačit k tomu, abychom například odhalili, jak se v mozku manifestuje „jízda na kole“. Klíčové mohou být taktéž drobnosti, jako třeba síla signálu na každé synapsi nebo jejich dynamika. Ve skutečnosti se schéma zapojení lidského mozku může do určité míry den ode dne měnit. Lichtman si však myslí, že mnoho věcí, které mozek dělá, nepatřičných není. Mozek prochází dramatickými změnami, zejména během útlého a raného dětství. Nejprve vzniká nadbytek synapsí, které se pak prořezávají, zatímco rosteme. Jednoroční dítě má v mozku asi dvojnásobně víc synapsí než dospělý člověk. Je to, jako bychom život začínali s mozkem, který je zapojený zcela nahodile, a poté se zjednodušoval, až zůstane jen to, co je opravdu potřeba. Jinými slovy odstranění velkého počtu synapsí ladí mozek tak, aby odpovídal našim zkušenostem. To naznačuje, že přinejmenším některé naše zkušenosti schéma zapojení ovlivňují významně, nikoli nepatrně, což jde dohromady s představou, že „jízda na kole“ bude někde v mozkovém konektomu.
I kdyby mozek neuchovával „ježdění na kole“ v nějaké jednoduché formě, získat konektom je téměř jistě vhodný první krok. Lichtman to přirovnává k tomu, jak zásadní pro genetiku bylo přečtení úplné sekvence lidského genomu. Na začátku Projektu lidského genomu jsme ani nevěděli, kolik genů vlastně obsahuje. Nyní se sekvence lidského genomu stala základem řešení nejrůznějších důležitých otázek, například jak genetické variace ovlivňují zdraví a vznik nemoci (k čemuž se vrátíme v závěrečné kapitole). Matthew Cobb, autor knihy The Idea of the Brain (Idea mozku), s Lichtmanem souhlasí: byť přesně nevíme, co nám konektom prozradí, jde o dobrý první krok. „Tuhle míru detailnosti budeme potřebovat.“
Získání konektomu může pomoct odhalit principy a myšlenky, jež budou platit i pro kteroukoli jinou část těla. Mozek je v mnoha ohledech výjimečný, ale sítě buněk obsahují nejrůznější tělní soustavy a i tyto buňky jsou „zapojeny“ tak, aby jednaly koordinovaně. Rozumíme například různým částem imunitního systému (která buňka je dobrá v pohlcování bakterií, která je lepší při zjišťování virové infekce), ale v našich znalostech o tom, jak systém funguje jako celek, zejí obrovské mezery. Problémem je, že imunitní systém zahrnuje miliardy buněk, které se krví a tkáněmi pohybují po celém těle, a vytvářejí tak nespočet krátkodobých spojení s jinými buňkami, což velmi znesnadňuje zobrazení „schématu zapojení“ imunitního systému. Schéma zapojení mozku, říká Lichtman, je pro nás alespoň dosažitelné.
Navzdory všem těmto příslibům se vědecký přínos Brainbow ještě nevyrovnal jeho vizuální slávě. „Nedozvěděli jsme se tolik, kolik jsme doufali,“ říká Lichtman. I na malém řezu mozkem bylo tolik tisíc rozvětvených dendritů a axonů, které se překrývaly a proplétaly, že je nebylo možné sledovat. Z dálky vypadaly obrázky nádherně, ale při bližším prozkoumání prosákly barevné čáry jedna do druhé. Na vině byl mikroskop. Nebyl prostě dostatečně výkonný na to, aby v husté síti rozlišil extrémně jemné detaily. Lichtmanův tým zkusil použít superrozlišovací mikroskopy, jež přinesly určité zlepšení, ale ne dostatečné.
Ukázalo se, že v honbě za porozuměním mozku nebo alespoň definováním jeho konektomu bude Brainbow spíše zastávkou než cílovou stanicí. V budoucnosti se k němu pravděpodobně vrátíme – co kdyby například barvy a odstíny nebyly náhodné, ale vyšlo by najevo, že indikují něco důležitého, třeba aktivitu nebo historii neuronu?xi Mezitím se objevila jiná metoda, která je při barvení buněk a rozpoznávání synapsí efektivnější.
Jak jsme viděli už v první kapitole, vlnová délka světla omezuje, co lze za pomoci běžného světelného mikroskopu vidět, respektive nakolik lze obraz přiblížit. Toto omezení jsme však obešli vynálezem jiných druhů mikroskopů. Elektronový mikroskop používá místo světla svazky elektronů, které mají v souladu s matematikou kvantové fyziky vlnovou délku asi tisíckrát menší než světlo. Detaily jsou obtížně srozumitelné i pro odborníky, celkově však lze říct, že elektronový mikroskop zvětšuje buněčné struktury daleko lépe než ten světelný. Co se ovšem týče sledování neuronů, je tu jeden zásadní zádrhel: elektronový mikroskop zaznamenává pouze dvojrozměrný povrch objektu. Zatímco světlo může vzorky v závislosti na jejich průhlednosti do určité míry proniknout, elektrony nikoli. K tomu, aby se silou elektronového mikroskopu daly mapovat výběžky neuronu, jež se kroutí a ohýbají v třírozměrném prostoru, je potřeba nějaký trik.
Ve vědě občas stačí jednoduchá myšlenka. Winfrieda Denka z Institutu Maxe Plancka v Heidelbergu, ve fyzice vzdělaného muže s vášní pro navrhování nových laboratorních technik, napadlo instalovat do vzorkové komory elektronového mikroskopu automatizované řezací zařízení. Zkoumaný kousek mozku se zapustí do umělé pryskyřice, aby se snadněji krájel. Jakmile se pořídí obrázek jeho povrchu, extrémně ostrý nůž v neměnné pozici odřízne jeho nejvrchnější část, což umožní pořídit snímek vrstvy těsně pod povrchem. Opakováním tohoto procesu vznikne série snímků, které po seřazení znázorní celý vzorek ve třech rozměrech.
tento text je úryvkem z knihy:
Daniel M. Davis: Tajemství těla – kam směřuje moderní medicína
Argo a Dokořán 2023
O knize na stránkách vydavatele
