"Skąd pochodzimy, dokąd zmierzamy. Nagroda Nobla 2014 w Fizjologii i Medycynie"

„Skąd pochodzimy, kim jesteśmy i dokąd zmierzamy?” zapytuje słynnym obrazem Paul Gauguin. Tym ostatnim, choć nie w prostym rozumieniu, zajęli się laureaci tegorocznej Nagrody Nobla z dziedziny Fizjologii i Medycyny. Dokładne pytanie, które postawili sobie trzej naukowcy – małżeństwo May-Britt i Edvard Moserowie oraz John O’Keefe, brzmi: „Skąd wiemy dokąd zmierzamy?”.

Właśnie, skąd wiemy jak wrócić z pracy do domu; jak zapamiętujemy rozplanowanie pomieszczeń, w mieszkaniu, czy w biurze. Skąd kosmonauta na ISS wie w którą stronę się odbić, i którymi korytarzami dotrzeć do wyznaczonego miejsca. Okazuje się, że odpowiada za to BPS, czyli ludzki (i nie tylko) odpowiednik GPS.

W roku 1971 John O’Keefe wraz z Jonathonem Dostrovsky odkryli Place Cells (komórki miejsca). Podczas badania szczurzych mózgów zaobserwowali, że w zależności od miejsca w pokoju, w którym szczur się znajdował, poszczególne komórki w hipokampie aktywowały się. Kiedy szczur znajdował się w punkcie A aktywowała się komórka A, kiedy w punkcie B – komórka B, kiedy szczur powracał w te same miejsca zawsze te same komórki były aktywowane. Naukowcy doszli do wniosku, że mózg szczura tworzy sobie mapę przestrzeni, w której się znajduje i zapisuje ją w hipokampie, czyli części mózgu odpowiedzialnej za zapamiętywanie informacji i przekazywanie ich do pamięci długotrwałej. Początkowo łączono to odkrycie z teorią mapy mentalnej, wyobrażeniowej (Cognitive Map), jednak BPS (Brain Positioning System) jest czymś dużo bardziej podświadomym.

W 2005 roku małżeństwo Moserów dokonało odkrycia komórek nerwowych w części mózgu zwanej korą śródwęchową (entorhinal cortex), leżącej w bezpośredniej bliskości hipokampu. Kora śródwęchowa, jak sama nazwa wskazuje, spełnia funkcje zupełnie odmienne od orientacji w terenie (głównie przetwarzanie węchowe), a badanie jej pod kątem pamięci przestrzennej wydawało się nie mieć sensu. May-Britt i Edvard Moserowie rozpoznali w tym fragmencie mózgu komórki, które później nazwali Grid cells (ang. komórki siatki). Otrzymują one informacje o położeniu organizmu i koordynują nawigację oraz zmiany położenia. Tworzą mapę przestrzeni, w której organizm się znajduje. Utworzona mapa jest następnie przekazana do hipokampu i „zostaje w pamięci”. Tu spotykają się odkrycia państwa Moserów i Johna O’Keefe. Kiedy znajdujemy się w znanej sobie przestrzeni, oprócz punktów odniesienia, wykorzystujemy nasz naturalny system pozycjonowania, mapę w hipokampie i znajdujące się również tam komórki miejsca (Place Cells).

Mapa, którą otrzymuje hipokamp jest dużo bardziej podstawowa, niż Cognitive Map, jak początkowo uważano (rys.1).

Nie posiada ona punktów odniesienia – dróg, budynków, konkretnych ścieżek czy kierunków geograficznych. Dopiero na tę podstawową mapę nakładamy (a właściwie nasze mózgi, choć już bardziej świadomie) wymienione wyżej informacje (rys.2).

.Cały system pozycjonowania mózgu jest znacznie bardziej podobny do GPS-u, niż tylko wspólne pojęcie mapy. BPS zbiera informacje o zmianie położenia i prędkości z jaką się poruszamy, ale nie interesuje się zupełnie punktami odniesienia, dokładnie tak jak GPS. Dopiero odbiornik sygnału GPS (bardziej rozbudowany np.: samochodowy) nakłada na pustą przestrzeń z punktem oznaczającym nasze położenie, mapę drogową, tak jak robi to nasz mózg.

Odkrycie tego mechanizmu daje duże możliwości. Po pierwsze otwiera drzwi na leczenia choroby Alzheimera. Jednym z pierwszych jej objawów jest zapominanie tras, np.: ze sklepu do domu i towarzyszące temu poczucie ogólnego zagubienia. Rozpoznanie znaczenia Grid Cells i kory śródwęchowej w tworzeniu umysłowej mapy przestrzeni, może pozwolić na wyeliminowanie tego objawu i lepsze rozpoznanie choroby. Po drugie, jak twierdzi Edvard Moser, daje to możliwość głębszego poznania funkcjonowania mózgu. Moser uważa, że dokładne zrozumienie tego mechanizmu pozwoli rozpracować wiele innych funkcji mózgu, ponieważ wykorzystuje on podobne „triki” w różnych sytuacjach.

Bartosz Kabała