Mozek jako hřiště vědy: Dokážeme vylepšit lidský mozek?

Z ryze biologického hlediska je sice člověk živočich jako každý jiný, evoluce nás však v mnoha ohledech dovedla mnohem dál než zvířata. Vynikáme například v užívání nástrojů, jimiž si nejen pomáháme při různých činnostech, ale také jejich prostřednictvím opravujeme či vylepšujeme vlastní těla: První protézy a náhrady končetin vznikaly už před přelomem letopočtu, brýle se objevily ve 13. století, a dnes již dovedeme pohodlně nahrazovat dokonce i orgány v těle.

Jednou z mála oblastí, kde ve vylepšování stále tápeme, zůstává lidský mozek. Jeho fungování totiž v mnoha směrech nadále nerozumíme, a podporovat jej v činnosti je pro nás tudíž velmi obtížné. I zde ovšem probíhá řada výzkumů, díky nimž nás zřejmě čeká minimálně umělé vylepšování paměti či přenos vzpomínek. 

Do hlubin lebky

Klíčem ke zlepšování paměti se nejspíš stane relativně běžná metoda hluboké mozkové stimulace známá jako DBS, z anglického „deep brain stimulation“. V současnosti se užívá hlavně při zmírňování příznaků Parkinsonovy choroby či epilepsie. Probíhající studie však zkoumají její uplatnění také v léčbě deprese nebo bipolární poruchy. 

Stimulace mozku vyžaduje operativní zavedení elektrod: Ty se pak připojí k tzv. neurostimulátoru, který skrz ně vysílá mírné elektrické výboje. Podněcuje tak okolní tkáň a pomáhá zlepšovat stav pacienta dočasným potlačením některých příznaků choroby. 

DBS se sice používá velmi často, přesto lékaři nedokážou přesně popsat princip, na jehož základě nemocným ulevuje. Ačkoliv se jedná o poměrně bezpečnou metodu, může způsobit i nežádoucí účinky, třeba změny nálad či halucinace. Vážnější problémy nastanou, pokud se elektrody z původní pozice posunou a začnou ovlivňovat jiné oblasti mozku. Nebezpečná je do jisté míry také operace nutná k jejich zavedení: Některé alternativy sice chirurgický zásah nevyžadují, stále však mají své nevýhody (viz Zlepšení bez operace).

Kde sídlí paměť?

V minulém roce se ovšem objevilo hned několik výzkumů, jež naznačují, že bychom mohli elektrickou stimulaci určitých částí mozku využít i k řešení problémů s pamětí. Loni v lednu se například studie publikovaná v časopise Brain zaměřila na čtyři mozkové oblasti, které se pojí s ukládáním informací: hipokampus, parahipokampální kůru, prefrontální kůru a temporální (spánkovou) kůru. Výzkumu se podrobilo 22 osob, jež měly v první části pokusu předčítat řadu slov, zatímco jim badatelé stimulovali jedno ze čtyř uvedených center. 

Po přečtení řetězce následovala dvacetivteřinová pauza, během níž museli pacienti řešit jednoduché matematické úlohy. Poté je vědci požádali, aby vyjmenovali co nejvíc ze slov, jež předtím předčítali. Zlepšení krátkodobé paměti nakonec podle výsledků nastalo pouze při stimulaci laterální spánkové kůry, kterou proto badatelé doporučili jako ideální cíl dalšího zkoumání.

Dráždění na míru

Na zmíněné centrum se zaměřili také vědci z University of Pennsylvania a své závěry zveřejnili loni v únoru v časopise Nature Communications. Průběh pokusu s 25 osobami byl obdobný: Odborníci však nahrávali mozkovou aktivitu dobrovolníků během učení a pokusili se vytvořit počítačový model, který by rozpoznal, kdy si dotyční dané slovo zapamatovali a kdy nikoliv. 

S jeho využitím pak v průběhu dalšího kola drobnými elektrickými výboji cíleně stimulovali příslušnou oblast spánkové kůry pouze ve chvílích, kdy mozková aktivita naznačovala, že by učení nebylo úspěšné. Díky takovému personalizovanému a přesně načasovanému dráždění se jim podařilo zlepšit paměť pokusných osob zhruba o 15 %, což představuje velmi povzbudivý výsledek.

O třetinu lepší!

Podobnými tématy se dlouhodobě zabývá také tým z centra Wake Forest Baptist Health v americkém Winston-Salemu. I v jeho podání dostávali dobrovolníci úkoly zaměřené na krátkodobou a dlouhodobější paměť, ovšem slova nahradily objekty či fotografie a namísto spánkové oblasti mozkové kůry studovali vědci aktivitu v hipokampu. 

Opět přitom nahrávali činnost v příslušné části orgánu a snažili se zjistit, zda se získaný obraz nějak liší v případě uložení, nebo neuložení vzpomínky. V další fázi experimentu využili počítačem vytvořené vzorce, aby cíleně stimulovali hipokampus během úlohy testující paměť. Výsledkem bylo zlepšení o více než 30 %! 

Protéza do hlavy

Zmíněné studie pomalu, ale jistě dláždí cestu k vytvoření jakési „paměťové protézy“, jež by se implantovala rovnou do mozku a podporovala naši schopnost si pamatovat. Přístroj by teoreticky připomínal kardiostimulátor, který vhodně časovanými výboji pomáhá udržovat srdeční rytmus. Jeho činnost by ovšem spočívala v analýze procesů v mozku: Pokud by zařízení vyhodnotilo, že k zapamatování informace nedojde, stimulovalo by odpovídající centrum. Technologie by nepochybně našla uplatnění u pacientů, kteří trpí poruchami paměti například v důsledku Alzheimerovy choroby či různých poškození mozku. Její výhody by však jistě přivítali také zcela zdraví lidé, jimž by umožnila se efektivněji učit.

TIP: 5 největších mýtů o lidském mozku

Nicméně už v teoretické fázi narážíme na řadu problémů a otazníků. Pomineme-li morální dilemata, jež by vylepšování mozku vyvolalo, vyvstává otázka falešných vzpomínek. Pokud bychom se totiž naučili rozpoznávat funkční procesy ukládání do paměti a dovedli bychom naprogramovat zařízení, jež by je podporovalo, existuje zároveň riziko, že by se s vjemy dalo manipulovat. Dřív či později by se proto mohla objevit technologie k implantování nepravých vzpomínek, která by dokázala otřást celou společností. Kdybychom se naučili manipulovat i s dalšími centry, v podstatě by nám nic nebránilo přivádět mozek do „komplexnějších stavů“. Nejenže bychom tak mohli získat falešné vzpomínky, ale šlo by rovněž zajistit, abychom je plnohodnotně prožívali.    

Přenos myšlenek?

Ještě o kus dál by lékařskou vědu posunula technologie umožňující přenos vzpomínek mezi lidmi. Ačkoliv to zní jako vědecko-fantastická fikce, i v uvedeném směru již probíhají experimenty. V roce 2013 například tým z durhamské Duke University pod vedením Miguela Nicolelise prokázal, že myšlenkové pochody potkanů lze sdílet přes internet. 

V pokusech vědci použili dva hlodavce a na hlavu jim umístili zařízení zkoumající a stimulující mozkovou činnost. Obě zvířata byla vycvičena, aby stlačila páku, nad kterou se předtím rozsvítilo světlo. Poté je badatelé umístili do oddělených částí laboratoře a jediné spojení mezi nimi zprostředkovala zařízení na hlavách, jež komunikovala přes internet. 

V následujících testech se ukázalo, že pokud se před jedním potkanem rozsvítilo světlo a ten vyrazil stlačit páku, jeho mozková aktivita přenesená v podobě elektrické stimulace přiměla v 70 % případů k témuž úkonu i druhého hlodavce, před nímž se světlo nerozsvítilo. Pokud vědci dál kladli před potkana překážky a stlačit páku se mu nepovedlo, jeho vysílaná mozková aktivita pomohla protějšku v učení – jako by si předávali zkušenosti. 

Na řadě jsou lidé 

Realitou se přitom pomalu stávají i podobné pokusy s lidmi. Koncem loňského září oznámili vědci z University of Washington, že úspěšně propojili tři lidské mozky v zařízení pojmenovaném BrainNet. „Sdílený okruh“ zahrnoval vždy dva „sledovače“ a jednoho „manipulátora“. Skupina měla společně hrát jakousi obdobu Tetrisu a z padajících kostiček promítaných na monitor sestavit linii.

Kostkou mohl otáčet pouze manipulátor, ten ovšem neviděl na monitor. Sledovači naopak viděli velmi dobře, ale vhodný směr rotace mohli svému protějšku v jiné místnosti sdělit jedině intenzivním sledováním blikajících LED světel, umístěných buď vlevo, či vpravo. Každé z nich přitom blikalo na jiné frekvenci, takže mozek dokázal rozlišit, kam se sledovači dívají, a tuto informaci předat skrz zařízení EEG kolegovi.

TIP: Lidský mozek pod lupou: Neurověda dnes dokáže měřit lásku i číst myšlenky

Manipulátor měl na hlavě speciální čepici s magnety, jež působí na vizuální centra zprostředkující zrakové vjemy. Jejich drážděním dokázali vědci v hlavě příjemce simulovat záblesky na požadované frekvenci, označující směr otáčení – a manipulátor tudíž kostku nastavil tak, aby vhodně zapadla do linie. Průměrná úspěšnost u pěti sledovaných týmů přesáhla 80 % a podle neurovědců mohou být budoucí aplikace tohoto poměrně jednoduchého experimentu zcela revoluční.