Mózg jest cudem. Ale najcudowniejsze w nim jest to, że ciągle się rozwija. Nie tylko we wczesnym dzieciństwie, gdy wciąż intensywnie rośnie, ale także w życiu dorosłym. Nawet na starość możemy podjąć studia, zrobić doktorat, nauczyć się stolarstwa albo prowadzenia pojazdów, gry na instrumencie czy języka obcego. Oczywiście nie zawsze i nie u każdego z takim samym sukcesem. Jednak pewne jest, że każdy mózg musi być plastyczny, inaczej nie przeżylibyśmy na tym świecie – nie adaptowalibyśmy się nieustannie do zmieniającego się środowiska, które rzadko kiedy nas rozpieszcza.

Swoją intensywną edukację rozpoczynamy w chwili zakończenia okresu niemowlęcego, gdzieś koło trzeciego roku życia, niezwykle szybko ucząc się mówić i funkcjonować w grupie. Na ogół rówieśniczej, choć najwięcej byśmy się nauczyli od starszych kolegów. Jednak już nigdy później w życiu niczego się nie uczymy w takim tempie, jak do ósmego roku życia.

To w tym czasie – według nadal badanej teorii – mózg jest jedną wielką plastycznością. Tworzą się i mogą się utrwalać wszelkie połączenia nerwowe – nowe synapsy. Dlatego nie jest wcale głupie, by uczyć dzieci jak najwcześniej muzyki, rysunku, rytmiki i tańca, języków obcych, czytania sylabowego itd. Bowiem osiągając lat osiem, nasz mózg przestaje bardzo intensywnie rosnąć. Dodatkowo zaczynają zamierać neurony, czy tym bardziej synapsy „rzadko używane”. W mózgu dzieje się jak w Ewangelii: tym neuronom „co mają, będzie dodane, a tym, co nie mają, odbiorą nawet to niewiele”. Dlaczego i na czym to polega? Chcemy wiedzieć! Dlatego poszukiwanie substancji, które powodują powstawanie i wzmacnianie synaps stosownie do częstości ich użycia, to oś badań nad plastycznością mózgu.

Śledzie zamiast czekolady

Naukowo rzecz ujmując, badania owe to obserwowanie podstaw biologicznych „zdolności mózgu do samomodyfikowania się, poprzez przebudowę istniejących sieci neuronowych i tworzenie nowych, w celu uzyskania nowych właściwości funkcjonalnych”. Te zdolności zapewniające mózgowi plastyczność, pomagają też sieciom i obwodom zbudowanym z neuronów pozostać w zdrowiu i stabilności. Plastyczność mózgu jest zatem jego nieustanną zdolnością do zmieniania się, zapamiętywania i uczenia się nowych rzeczy – czyli tworzenia i utrwalania nowych synaps, także gdy stare zostały utracone. Dzięki temu nawet części mózgu odpowiedzialne za jakieś konkretne umiejętności zmienią się i pod wpływem treningu zostaną wykorzystane także do innych celów, według potrzeby. To dlatego w miejscu, gdzie rozpoznajemy twarze, zaczęliśmy także rozpoznawać litery, kiedy zostały wreszcie wymyślone.

Najnowsze, opublikowane w grudniu 2022 roku w czasopiśmie „Genes & Development” badania nad plastycznością mózgu prowadzili neurobiolodzy z największego centrum medycznego w USA, reprezentujący prominentne jednostki Texas Medical Center: Baylor College of Medicine i Texas Children's Hospital. Pod kierunkiem prof. Benjamina R. Arenkiela odpowiadają w swych pracach na pytanie: w jaki sposób komórki mózgowe budują połączenia z nowymi neuronami, powstałymi w dorosłych mózgach? Etyka nie pozwala prowadzić badania mózgów na ludziach, zatem, jak w wielu przypadkach, prowadzone były w modelu mysim, który jest uznawany za adekwatny.

Skoro szukano molekuł, które pomagają nowym neuronom w budowaniu połączeń w dorosłym mózgu, to otwiera to drogę do lepszych terapii zaburzeń neurorozwojowych i naprawy uszkodzonych – choćby udarem czy pooperacyjnie – obwodów nerwowych. Niemniej amerykański zespół ograniczył swoje badania do części mózgu zwanej opuszką węchową. To miejsce, gdzie wstępnie rozpoznawane są chemiczne cząsteczki zapachowe, wiążące się z receptorami w neuronach. Odbieranie zapachów na poziomie neuronów i molekuł doczekało się Nagrody Nobla już ponad dekadę temu, zaś sam proces jest oparty o nieustające powstawanie nowych neuronów. Skrótowo: w opuszce węchowej ciągle powstają z komórek macierzystych nowe neurony, które migrują na spore odległości, by znaleźć odpowiednie dla siebie miejsce i same się włączyć w tą istniejącą już sieć. Dlatego ten obszar mózgu jest tak doskonałym modelem do badań.

Jak gigantyczna jest plastyczność opuszki węchowej, pokazała nam epidemia COVID-19: gdyby nie to, po przejściu choroby tracilibyśmy węch na zawsze. Oczywiście czasem nie wraca nam wrażliwość na zapachy dokładnie taka sama, jaką mieliśmy zanim nas dopadł SARS-CoV-2. To właśnie zależy od tego, w jaki sposób powstają nowe neurony węchowe, wyposażone w geny receptorów zapachów. Kto koronawirusa nie złapał, też może sobie przypomnieć, że gdy był dzieckiem lubił inne zapachy i smaki (a smak to w 80 proc. percepcja zapachu potrawy) niż dzisiaj, gdy jest dorosły. Śledzie zamiast białej czekolady to zmiana zachodząca u wielu dorastających w naszym kręgu kulturowym.

Cudowny wpływ oksytocyny

Ponieważ nowe neurony węchowe powstają całe życie (niestety bardzo szybko się specjalizują, więc nie da się ich „przeszczepić” w miejsce ubytków tkanki nerwowej), między nimi a wyższymi piętrami mózgowia muszą nieustająco powstawać nowe synapsy, by system się integrował i automodelował. Warto było zatem ustalić, cóż to za tajemnicza substancja odpowiada za powstawanie tej plastyczności nerwowej, obserwowanej u większości z nas (są bowiem oczywiście ludzie „głusi na zapachy”). Z niemałym zaskoczeniem, ale też ulgą, że „ma to jednak sens”, teksańscy uczeni odkryli tę magiczną substancję w szeroko znanym i stosowanym klinicznie już od dawna neurohormonie peptydowym – oksytocynie.

My też ją dobrze znamy. Bywa nazywana „hormonem przytulania”, a nawet „hormonem orgazmu”, bowiem jej wydzielanie powoduje budowanie u ssaków więzi z potomstwem. I to nie tylko u matek, ale i u ojców – co też badano na myszach i wykazano ponad rok temu. Zanim jednak mamy do przytulania dziecko, oksytocyna jest uwalniana przez obie płcie podczas stosunku płciowego – i to w dodatnim sprzężeniu zwrotnym, czyli im więcej się jej pojawia, tym więcej się jeszcze wydzieli. Uwalniana jest także w trakcie porodu, wywołując skurcze macicy i informując płód, żeby się wreszcie zaczął pchać na ten świat. Tuż potem – obok innych hormonów – jest niezbędna podczas laktacji i ssanie sutka pobudza jej wydzielanie. Podobny efekt piku oksytocyny kobiety osiągają przy podaniu nawet pojedynczej dawki estrogenu.

Badana od ponad stu lat oksytocyna, doczekała się swojego Nobla w roku 1955 dla Vincenta du Vigneauda (za zidentyfikowanie jej sekwencji aminokwasowej i jej syntezę chemiczną w laboratorium). Dziś zaś w Baylor College of Medicine odkryto, że poziom oksytocyny wzrasta w opuszce węchowej, osiągając szczyt w momencie, gdy nowe neurony włączają się do sieci neuronowych. Następnie ustalono, że oksytocyna wyzwala w ich wnętrzu szlak przekazywania sygnału, który promuje powstawanie synaps. Czyli to dzięki oksytocynie (i jej receptorowi) dwa nowopowstałe w dojrzałym mózgu neurony mogą się połączyć synapsą. Gdy zaś myszy pozbawiono niezbędnej aktywności oksytocyny w opuszce, powstające neurony miały słabo rozwinięte synapsy i upośledzoną funkcję.

A zatem żaden cud – po prostu zmasowana reakcja nowopowstałych neuronów na hormon! Z jednej strony szok i niedowierzanie, że ta cała plastyczność (przynajmniej w węchomózgowiu) działa w sumie wedle prostej zasady, z drugiej zaś nieduże zaskoczenie i ulga, że powoduje to właśnie oksytocyna. Plastyczność jest bowiem fenomenem obserwowanym u wszystkich kręgowców i na jej wyzwalacza ten hormon nadawałby się jak żaden inny.

Patriotyzm czy ksenofobia, a może bodziec herosów?

Tu warto opowiedzieć o adaptacji społecznej ludzi. Od lat bada się oksytocynę (podawaną eksperymentalnie donosowo, rzadziej we wlewach dożylnych) jako neurohormon budujący ludzkie więzi w grupie i empatię. Dzięki niej mielibyśmy dzielić świat na swoich (podobnych do nas) i obcych. Najłatwiej jest to badać po reakcjach na kolor skóry, np. silniej reagujemy na zdjęcia członków naszej grupy wykonujących zbolałe miny, niż na zdjęcia członków grupy obcej z tym samym wyrazem twarzy. Jesteśmy też bardziej skłonni do pomocy „swoim” niż „obcym”, gdy doświadczają bólu – a wszystko to po oksytocynowym „niuchu”. Także pod jej wpływem chętniej kłamiemy, jeśli okazałoby się to korzystne dla członków naszej grupy.

Rola oksytocyny „wypływa” również podczas badań konfliktów między członkami różnych grup. Będziemy pod jej wpływem bronić i chronić wrażliwych członków grupy. A nawet zmieniać swoje subiektywne preferencje, aby dostosować się do ideałów swojego kręgu, zamiast ideałów zbiorowości obcej. Badanie przeprowadzone w Holandii wykazało także, że oksytocyna zwiększyła faworyzowanie własnego etnosu w populacji, jednocześnie zmniejszając akceptację innych grup etnicznych i obcokrajowców. Ludzie okazują również większe przywiązanie do flagi swojego kraju, pozostając obojętnymi na inne obiekty kultury, gdy są pod wpływem oksytocyny. Czy zasługuje ona zatem również na miano, jak chcieliby jedni – „hormonu patriotyzmu”, a jak inni – „hormonu ksenofobii”?

Ma ona ogólnie wzmacniający wpływ na wszystkie emocje społeczne, ponieważ donosowe jej podawanie zwiększa zazdrość i Schadenfreude. Osoby „na oksytocynie” identyfikują wyrazy obrzydzenia na cudzej twarzy szybciej, niż osoby niestymulowane tym neurohormonem. Jego rola została dostrzeżona także w jednej z najsilniejszych adaptacyjnych reakcji kręgowców, czyli strachu-ucieczki. Podanie oksytocyny zmniejsza u gryzoni strach, prawdopodobnie poprzez hamowanie ciała migdałowatego w mózgu, które jest odpowiedzialne za te reakcje. Innymi słowy – to ona być może czyni z nas herosów w sytuacji niebezpieczeństwa.

Wreszcie, oksytocyna różnie wpływa na mężczyzn i kobiety. Kobiety po jej przyjęciu szybciej od mężczyzn reagują na bodźce istotne społecznie, co nie dziwi, bo estrogeny stymulują jej powstawanie. Zaś testosteron bezpośrednio hamuje oksytocynę u myszy. Może to mieć znaczenie ewolucyjne: ułatwia psychicznie czynności takie, jak polowanie i atakowanie najeźdźców, skoro oksytocyna jest silnie związana z empatią i ufaniem innym w grupie.

Dziś zatem teksańskim neurobiologom udaje się pokazać prawdopodobne źródło owego wpływu oksytocyny – modulującego reakcje, a nawet może budującego więzi i adaptacje społeczne. Choć oczywistym jest, że tworzenie nowych synaps to nie jest takie działanie w „minuta osiem”. Jednak jest faktem, że receptory oksytocyny powstają w nowych neuronach dorosłej mysiej opuszki węchowej, a szczyt owych „narodzin” ma miejsce podczas budowy połączeń nerwowych, gdy obwód nerwowy pracuje – choćby odbierając wrażenia zapachowe. I znów: skoro on pracuje, to oksytocyny w mózgu jest więcej, a gdy jest jej więcej, to też więcej powstaje synaps i znów większa aktywność obwodów i tak dalej. Jak piszą wprost autorzy badania, „oksytocyna napędza rozwój i integrację nowych neuronów w dorosłym mózgu, bezpośrednio przyczyniając się do zdolności adaptacyjnych i plastyczności obwodów”.

ODWIEDŹ I POLUB NAS
Czy mamy już w rękach cudowny lek, który będzie poprawiał nam „sztywniejącą” z wiekiem sieć połączeń nerwowych, albo naprawiał ubytki wynikłe z chorób czy wypadków? „Oksytocyna jest normalnie obecna w naszym mózgu, więc jeśli wiemy, jak ją włączać, wyłączać lub mobilizować, możemy pomóc w utrzymaniu zdrowych połączeń obwodów poprzez promowanie wzrostu słabo rozwiniętych połączeń lub wzmacnianie nowych” – ocenił prof. Arenkiel. Na pewno hormon ten to niezły kandydat do takich testów i zobaczymy, czy będzie promował powstawanie nowych synaps w celu naprawy uszkodzonej tkanki poza opuszką węchową. Takich badań jeszcze nie ma, aczkolwiek oksyctocynowy lek jest zarejestrowany do wykorzystania przy wywoływaniu skurczów porodowych, poprzez podanie dożylne lub domięśniowe.

Pomysły oksytocynowej inżynierii społecznej czy ewentualnego kontrolowania plastyczności mózgów na masową skalę mogą się jednak rozbić o poważne zagrożenia. Przedawkowanie tego leku lub nadmierna na niego wrażliwość (czy też jednoczesne zaburzenia pracy nerek i nadnerczy) mogą doprowadzić nawet do śmiertelnego zagrożenia życia. Nazywane jest zatruciem wodnym – powstaje, kiedy zaczynamy mieć w organizmie tak dużo wody, że aż dosłownie mózg nam puchnie. Po podaniu leku może się pojawić jeszcze kilka innych efektów ubocznych, od senności i zaburzeń mowy po utratę świadomości.

Wielka tajemnica plastyczności mózgu zaczyna się jednak naszym oczom odsłaniać. I nie bylibyśmy sobą, gdybyśmy w związku z tym nie snuli marzeń na temat poustawiania sobie tego wszystkiego po swojemu i kontrolowania tego procesu.

– Magdalena Kawalec-Segond

TYGODNIK TVP, ul. Woronicza 17, 00-999 Warszawa. Redakcja i autorzy