Má mozek svůj jazyk?

O tom, jakým způsobem nervové buňky pracují, jsme již psali (Vesmír 75, 65, 1996/2; Vesmír 75, 150, 1996/3; Vesmír 75, 191, 1996/4; Vesmír 75, 255, 1996/5; Vesmír 75, 334, 1996/6). Řekněme tedy jen stručně, že jejich základní informační jednotkou je akční potenciál neboli vzruch, který vzniká náhlou a krátkodobou změnou (řádově milisekundy) membránového potenciálu nervových buněk. Při zpracovávání, přenosu a ukládání informací pracuje mozek velice rafinovaně právě s tímto druhem elektrických signálů. Problém elektrofyziologů však spočívá v tom, že výsledky měření prováděných pouze na jednom či na několika málo neuronech současně nestačí k pochopení logiky, na jejímž základě mozek informace zpracovává. K tomu, abychom měli naději, že tento tajemný jazyk dešifrujeme, bychom museli měřit in situ elektrickou aktivitu mozku na obrovském množství klíčových míst současně. Klíčovým místem zde rozumíme nejen buněčné tělo, ale také nervová vlákna a dendrity, neboť informace je zpracovávána jejich dokonalou pracovní souhrou. Přestože v současné době je podobný experiment neuskutečnitelný, nejsme tak úplně bezmocní, jak by se mohlo zdát. Od jisté doby se totiž daří kombinací počítačové techniky s elektronovou mikroskopií vytvářet neuvěřitelně dokonalá třírozměrná zobrazení všech mikrooblastí z okolí neuronu, kde se informace nějakým způsobem zpracovávají.

Z každého neuronu vychází řada nitkovitých výběžků, které se dále rozvětvují. Jedním z výběžků je nervové vlákno (axon), ostatní jsou dendrity. Prostřednictvím axonů neuron komunikuje s blízkým i vzdáleným okolím tím, že tam vysílá a odtamtud přijímá informace zakódované v sériích frekvenčně modulovaných elektrických vzruchů. Vzhledem k tomu, že se často přenáší již hotová informace, nejde ani tak o rychlost přenosu, jako spíše o jeho spolehlivost. Dendrity naproti tomu elektrické vzruchy nevedou (i zde však existují výjimky) a oblast jejich působení je omezena na přímou a okamžitou elektrickou modulaci vzrušivosti příslušného neuronu a neuronů okolních. Na dendritech jsou výrůstky, které slavný španělský anatom Ramón y Cajal již bezmála před sto lety nazval espines (trny).

Signály se z jednoho neuronu na jiný přenášejí v místech, která nazýváme synapse. Podle klasické a značně zjednodušené představy je to místo, kde jsou membrány presynaptického a postsynaptického neuronu odděleny uzounkou štěrbinkou, přes kterou se přenos uskutečňuje chemicky, prostřednictvím neurotransmiterů. V dendritech se synapse nacházejí právě v zmíněných dendritických trnech. Na dendritu (tři velké obrázky pod článkem) jsou místa, kde k přenosu signálu dochází synapse, které na neuron působí dráždivě (červeně), i ty, které dráždivost neuronu tlumí (modře).

Z toho, co zde bylo uvedeno, se již pomalu začíná vytvářet schéma základní jednotky pro zpracování informace. Představme si neuron, z nějž do všech stran vychází řada dendritů. Celková průměrná délka dendritů připadající na jeden neuron je několik milimetrů. Dendrit na velkých barevných obrázcích pod článkem je přibližně 10 m dlouhý a lze na něm napočítat asi 10 synaptických míst. Z toho vyplývá, že informaci zpracovávanou v jednom jediném neuronu je možno modulovat současně z několika tisíc míst. Jestliže si uvědomíme, že každý dendrit je dále v kontaktu s dendrity a axony jiných neuronů (obr. 2) a ty stejným způsobem komunikují opět s dalšími a dalšími neurony, kterých je k dispozici pro každou danou funkci téměř neomezené množství, dojdeme k závěru, že výkonnost tohoto operačního systému je téměř nekonečná.