Zwierciadło umysłu

Przechodzisz przez park, kiedy znikąd człowiek przed tobą zostaje uderzony przez przypadkowe Frisbee. Automatycznie odruchowo odruchowo reagujesz współczuciem. Albo oglądasz wyścig i czujesz, że twoje serce bije z podniecenia, gdy biegacze walczą o przekroczenie linii mety jako pierwsi. Albo widzisz, jak kobieta wącha jakieś nieznane jedzenie i marszczy nos z obrzydzenia. Nagle twój własny żołądek skręca się na myśl o tym posiłku.

Od lat takie doświadczenia zastanawiają psychologów, neurobiologów i filozofów, którzy zastanawiają się, dlaczego reagujemy na poziomie jelit na działania innych ludzi. Jak rozumiemy, tak natychmiast i instynktownie, ich myśli, uczucia i intencje?

Teraz, niektórzy badacze wierzą, że ostatnie odkrycie zwane neuronami lustrzanymi może dostarczyć opartej na neurobiologii odpowiedzi na te pytania. Neurony lustrzane to rodzaj komórek mózgowych, które reagują tak samo, gdy wykonujemy jakąś czynność i gdy jesteśmy świadkami, jak ktoś inny wykonuje tę samą czynność. Po raz pierwszy odkryto je na początku lat 90-tych, kiedy zespół włoskich badaczy znalazł w mózgach małp makaków pojedyncze neurony, które uruchamiały się zarówno wtedy, gdy małpy chwytały jakiś przedmiot, jak i wtedy, gdy obserwowały, jak inny naczelny chwyta ten sam przedmiot.

Neurobiolog Giacomo Rizzolatti, MD, który wraz z kolegami z Uniwersytetu w Parmie po raz pierwszy zidentyfikował neurony lustrzane, twierdzi, że neurony te mogą pomóc wyjaśnić, jak i dlaczego „czytamy” umysły innych ludzi i odczuwamy empatię wobec nich. Jeśli obserwowanie działania i wykonywanie tego działania może aktywować te same części mózgu u małp – aż do pojedynczego neuronu – to ma sens, że obserwowanie działania i wykonywanie działania może również wywoływać te same uczucia u ludzi.

Koncepcja może być prosta, ale jej implikacje są dalekosiężne. W ciągu ostatniej dekady coraz więcej badań sugerowało, że neurony lustrzane mogą pomóc w wyjaśnieniu nie tylko empatii, ale także autyzmu (patrz strona 52), a nawet ewolucji języka (patrz strona 54).

W rzeczywistości psycholog V.S. Ramachandran, PhD, nazwał odkrycie neuronów lustrzanych jedną z „najważniejszych niepublikowanych historii dekady.”

Ale ta historia jest dopiero na początku. Naukowcy nie byli jeszcze w stanie udowodnić, że ludzie mają pojedyncze neurony lustrzane, tak jak małpy, chociaż wykazali, że ludzie mają bardziej ogólny system lustrzany. A badacze dopiero zaczynają wychodzić poza korę ruchową, by spróbować dowiedzieć się, gdzie jeszcze w mózgu mogą rezydować te neurony.

Pierwsze badania

Odkrycie neuronów lustrzanych zawdzięczamy w równym stopniu szczęściu, co umiejętnościom. W latach 80-tych Rizzolatti i jego współpracownicy odkryli, że niektóre neurony w obszarze kory przedruchowej małp makaków zwanym F5 aktywowały się, gdy małpy wykonywały takie czynności jak sięganie po orzeszek lub jego gryzienie.

Badacze chcieli dowiedzieć się więcej o tym, jak neurony te reagowały na różne przedmioty i działania, więc użyli elektrod do rejestrowania aktywności poszczególnych neuronów F5, podczas gdy małpy miały do dyspozycji różne przedmioty.

Szybko zauważyli coś zaskakującego: Kiedy podnosili jakiś przedmiot – na przykład orzeszek ziemny – aby wręczyć go małpie, niektóre z neuronów ruchowych małpy zaczynały się palić. Co jeszcze bardziej zaskakujące, były to te same neurony, które uruchamiały się również wtedy, gdy małpa sama chwytała orzeszek.

Badacze odkryli, że poszczególne neurony reagowały tylko na bardzo specyficzne działania. Neuron lustrzany, który uruchamiał się, gdy, powiedzmy, małpa chwytała orzeszek, uruchamiał się również tylko wtedy, gdy eksperymentator chwytał orzeszek, podczas gdy neuron, który uruchamiał się, gdy małpa wkładała orzeszek do ust, uruchamiał się również tylko wtedy, gdy eksperymentator wkładał orzeszek do własnych ust.

Badacze napisali o swoim nieoczekiwanym odkryciu w artykule z 1992 roku w Experimental Brain Research (Vol. 91, No. 1, strony 176-180). Cztery lata później, w artykule w Brain (Vol. 119, No. 2, strony 593-609), nazwali swoje odkrycie „neuronami lustrzanymi”.”

„Mieliśmy szczęście, ponieważ nie było sposobu, aby dowiedzieć się, że takie neurony istnieją”, mówi Rizzollati. „Ale byliśmy we właściwym obszarze, aby je znaleźć.”

Od małp do ludzi

Po tym, jak badacze zidentyfikowali neurony lustrzane u małp, następnym krokiem było szukanie ich u ludzi. Nie mogli jednak rejestrować aktywności pojedynczych neuronów u ludzi w sposób, w jaki mogli to robić u małp, ponieważ wymaga to podłączenia elektrod bezpośrednio do mózgu.

Zamiast tego, pierwsze badania nad neuronami lustrzanymi u ludzi dotyczyły drgań mięśni rąk. W pracy z 1995 roku w Journal of Neurophysiology (Vol. 73, No. 6, strony 2,608-2,611), Rizzolatti i neurobiolog Luciano Fadiga, MD, PhD, obecnie na Uniwersytecie w Ferrarze, nagrali potencjały wywołane ruchem – sygnał, że mięsień jest gotowy do ruchu – z mięśni dłoni uczestników, gdy ci obserwowali eksperymentatora chwytającego przedmioty. Odkryli oni, że potencjały te pasowały do potencjałów zarejestrowanych, gdy uczestnicy faktycznie chwytali przedmioty sami.

Od tego czasu większość badań nad ludzkim systemem neuronów lustrzanych wykorzystuje jakiś rodzaj neuroobrazowania, zazwyczaj funkcjonalne obrazowanie magnetyczno-rezonansowe (fMRI). Na przykład, neurobiolog z Uniwersytetu Kalifornijskiego w Los Angeles, dr Marco Iacoboni, użył fMRI, aby zobrazować aktywność mózgu uczestników z college’u, którzy obserwowali eksperymentatorów wykonujących ruchy palcami i sami wykonywali te same ruchy palcami. W badaniu, opublikowanym w Science (Vol. 286, No. 5,449, strony 2,526-2,528), Iacoboni i jego koledzy znaleźli aktywność w niektórych z tych samych obszarów kory czołowej i płata ciemieniowego w obu sytuacjach.

Różnica pomiędzy badaniami obrazowymi u ludzi a badaniami elektrofizjologicznymi u małp to jedna skala, wyjaśnia psycholog Christian Keysers, PhD, który bada ludzki system neuronów lustrzanych na Uniwersytecie w Groningen w Holandii.

„Kiedy rejestrujemy sygnały z neuronów u małp, możemy naprawdę wiedzieć, że pojedynczy neuron jest zaangażowany zarówno w wykonywanie zadania, jak i widzenie, jak ktoś inny wykonuje zadanie”, mówi. „Dzięki obrazowaniu wiemy, że w małym pudełku o wymiarach trzy milimetry na trzy milimetry na trzy milimetry mamy aktywację zarówno z robienia, jak i z widzenia. Ale to małe pudełko zawiera miliony neuronów, więc nie można mieć pewności, że są to te same neurony – być może są po prostu sąsiadami.”

Innymi słowy, chociaż badacze znaleźli dowody na istnienie systemu lustrzanego u ludzi, nie udowodnili jeszcze istnienia indywidualnych neuronów lustrzanych poza małpami. Dlatego, jak mówi Keysers, ważne jest, by naukowcy kontynuowali badania nad układem lustrzanym zarówno u małp, jak i u ludzi.

Wykraczając poza korę ruchową

Wszystkie oryginalne badania nad neuronami lustrzanymi dotyczyły małp i ludzi, którzy wykonywali czynności i obserwowali, jak inni je wykonują. Jest ku temu dobry powód, mówi Keysers – obszary ruchowe mózgu są jednymi z najlepiej poznanych i odwzorowanych, więc łatwiej jest wiedzieć, gdzie szukać konkretnych neuronów.

Ale na niektóre z najciekawszych pytań, jakie stawiają neurony lustrzane, nie da się odpowiedzieć za pomocą samych neuronów ruchowych – badacze chcą zrozumieć, jak odbieramy emocje i odczucia innych ludzi, a nie tylko ich działania.

Keysers i jego koledzy badają właśnie te kwestie. W jednym z ostatnich badań, on i neurobiolog Bruno Wicker, PhD, użyli fMRI, aby przyjrzeć się emocji obrzydzenia. W badaniach opublikowanych w Neuron w 2003 roku (Vol. 40, No. 3, strony 655-664), obrazowali oni mózgi 14 mężczyzn uczestniczących w badaniu, podczas gdy uczestnicy wdychali nieprzyjemne zapachy – takie jak kwas masłowy, który pachnie jak zgniłe masło – i gdy oglądali film przedstawiający aktora marszczącego twarz w wyrazie obrzydzenia. Badacze odkryli, że zarówno odczuwanie obrzydzenia, jak i oglądanie, jak ktoś inny wygląda z obrzydzeniem, aktywowało określony segment węchowego obszaru mózgu uczestników, zwanego przednią półkulą mózgu.

W innym niedawnym badaniu, również opublikowanym w Neuron (Vol. 42, No. 2, strony 335-346), Keysers i jego koledzy przyjrzeli się „empatii dotykowej”, czyli temu, jak doświadczamy widoku innych osób, które są dotykane. Odkrył, że ten sam obszar kory somatosensorycznej był aktywny zarówno wtedy, gdy 14 uczestników – tym razem zarówno mężczyźni, jak i kobiety – było lekko dotykanych w nogę przy pomocy urządzenia przypominającego piórko, jak i wtedy, gdy oglądali zdjęcia kogoś innego dotykanego w tym samym miejscu.

„Podstawową rzeczą, jaką próbujemy zrobić w moim laboratorium, jest wyjście poza pierwotny opis motoryczny neuronów i zajęcie się bardziej ogólnym zjawiskiem – jak postrzegamy dotyk, emocje i ból innych” – mówi Keysers.

Inni badacze są zainteresowani tym, czy neurony lustrzane reagują nie tylko na działania lub emocje innych ludzi, ale także na intencje stojące za tymi działaniami.

„Możesz podnieść filiżankę, bo chcesz wziąć łyk, albo dlatego, że sprzątasz ze stołu”, mówi Marco Iacoboni. „Pytanie brzmi, czy neurony lustrzane potrafią to rozróżnić.”

W najnowszym badaniu opublikowanym w PLOS Biology (Vol. 3, No. 3, strony 529-535), Marco Iacoboni i jego koledzy znaleźli dowody na to, że potrafią. Naukowcy wykorzystali fMRI do zbadania 23 uczestników, którzy oglądali filmy wideo przedstawiające rękę podnoszącą filiżankę. W jednym filmie filiżanka siedziała na stole pośród dzbanka z herbatą i talerza z ciasteczkami – sygnał, że przyjęcie herbaciane było w toku, a ręka chwytała filiżankę, aby wziąć łyk. Na innym filmie, stół był zabałaganiony i rozsypany z okruchami – znak, że przyjęcie się skończyło i ręka czyściła stół. W trzecim filmie filiżanka była sama, pozbawiona jakiegokolwiek kontekstu. Badacze odkryli, że neurony lustrzane w korze przedruchowej i innych obszarach mózgu reagowały silniej na działania osadzone w kontekście przyjęcia herbacianego niż na scenę pozbawioną kontekstu.

„To sugeruje, że neurony te są ważne dla zrozumienia intencji, jak również działań” – mówi Iacoboni.

Weźmy wszystkie te dowody razem i wydaje się jasne, że neurony lustrzane są jednym z kluczy do zrozumienia, jak istoty ludzkie przeżywają i rozwijają się w złożonym świecie społecznym, mówi neurobiolog Vittorio Gallese, MD, PhD, jeden z kolegów Rizzolattiego z Uniwersytetu w Parmie.

„Ten mechanizm neuronalny jest mimowolny i automatyczny,” mówi – dzięki niemu nie musimy myśleć o tym, co inni ludzie robią lub czują, po prostu wiemy.

„Wygląda na to, że jesteśmy przystosowani do postrzegania innych ludzi jako podobnych do nas, a nie różnych,” mówi Gallese. „Jako ludzie identyfikujemy osobę, przed którą stoimy, jako kogoś podobnego do nas samych.