Denník N

Mozog spotrebuje pätinu energie pre telo. Sústredením však asi neschudnete, vraví neurovedec Hromádka

Foto N - Tomáš Benedikovič
Foto N – Tomáš Benedikovič

Tomáš Hromádka vysvetľuje, ako je možné, že opica Elona Muska dokázala mozgom ovládať počítačovú hru, či čipy v mozgu umožnia ochrnutým ľuďom pohyb a či budeme vedieť skopírovať ľudské vedomie do niečoho menej smrteľného, ako je naše telo.

Počúvajte podcasty v aplikácii Denníka N. Všetky naše podcastové kanály a služby.

Podcasty Denníka N

V rozhovore sa dočítate aj:

  • koľko percent mozgu využívate pri bežných činnostiach,
  • či existuje vrchol mozgovej aktivity a či sa dá mozog vytrénovať,
  • či sa dá schudnúť počas šachovej partie,
  • čo si myslia neurovedci o Elonovi Muskovi a jeho Neuralinku,
  • ako čipy, ktoré stimulujú mozog, pomáhajú nevidiacim či nepočujúcim.

Tento článok si môžete prečítať vďaka ESET Science Award – oceneniu, ktoré podporuje výnimočnú vedu na Slovensku. 

Mozog ľudia dosť často prirovnávajú k počítaču. Podobajú sa?

Mozog prirovnávame k počítaču, pretože počítač je tá najkomplikovanejšia vec, ktorú sa nám zatiaľ podarilo vytvoriť. V minulosti ľudia mozog prirovnávali k jednoduchých hodinám, komplexným mechanickým hodinám či telefónnej ústredni, podľa toto, čo sa im momentálne zdalo najkomplexnejšie. Toto prirovnanie pokrivkáva na všetky nohy a nemám ho veľmi rád. O mozgu, na rozdiel od počítača, nevieme oveľa viac.

Ktoré časti mozgu sú prebádané najmenej?

Veľmi dobre nám ide popísanie základného fungovania jednotlivých buniek v mozgu a ich komunikácie. Čo nám ide popísať, ale nevieme to vysvetliť, sú vyššie funkcie mozgu. Ako sa správame, ako rozmýšľame, ako si pamätáme, ako vlastne existujeme.

Čiže rozumieme, v ktorej časti mozgu prebiehajú elektrické výboje napríklad pri reči alebo pohybe, no nevieme, čo ďalej s tým?

Veľmi dobre rozumieme začiatku a koncu spracovania informácií v mozgu. To, čo je medzitým, ako napríklad, keď niečo uvidíme a na základe tohto vnemu potom povedzme pohneme rukou, je pre nás ešte stále tajomstvom. Snažíme sa to pochopiť, máme na to nejaké nástroje, ale stále nám niekoľko vecí uniká.

Prečo je tam toľko neznámych, keď biológii mozgu dobre rozumieme?

Existujú fantastické eseje o tom, ako biológ nedokáže opraviť rádio, pretože mu nedokáže porozumieť. Pozrie spoje, zistí, čo jednotlivé časti rádia asi robia, ale unikne mu, načo to celé je vlastne dobré. Nedávno bol publikovaný článok o tom, ako neurovedci nedokážu ani sofistikovanými metódami neurovied pochopiť mikroprocesor. To je elektronická súčiastka, ktorú sme si sami navrhli a vyrobili.

Foto N – Tomáš Benedikovič

To, že sa tu dnes rozprávame, si pravdepodobne budem pamätať ešte mesiace až roky. Je spomienka elektrickým výbojom, proteínom, alebo zásuvkou s popísaným papierom ako v komikse?

Všetko, čo sa v mozgu odohráva, sú v podstate série elektrických výbojov, ktorými spolu komunikujú jednotlivé bunky. Tieto série výbojov dokážu meniť aj spoje medzi jednotlivými bunkami a pravdepodobne kombináciou spojov, elektrických výbojov a uložením špeciálnych bielkovín sa spomienka vytvorí, ukladá a vybavuje. Ale tieto interpretácie sú ešte stále ďaleko od toho, čo sa v mozgu pravdepodobne odohráva.

Ako si môžeme predstaviť elektrickú aktivitu v mozgu?

Je to veľmi jemná zmena napätia, ktorá sa šíri po bunkovej membráne (tuková vrstva, ktorá obaľuje mozgovú bunku a jej výbežky). Keď začnem rozprávať, tak mi v mozgu nezačnú praskať blesky, ani sa nerozsvietia žiarovky. Na to, čo mozog dokáže, nie je až tak energeticky náročný v porovnaní so spotrebičmi, ktoré máme okolo seba. Energetická spotreba mozgu sa odhaduje na približne 15-20 wattov, čo je taká slabá žiarovka. Ale aj takýmito jemnými zmenami napätia dokáže urobiť veľa nesmierne zaujímavých vecí.

Mozog. Ilustrácia – TASR

Známy mýtus hovorí, že človek využíva bežne iba tri percentá svojho mozgu. Aká časť mozgu mi pracuje, keď sa s vami takto rozprávam a snažím sa porozumieť tomu, čo mi hovoríte?

Je to mýtus od prvého po posledné písmeno. Keď sa so mnou rozprávate, ale aj keď len ticho sedíte a pozeráte sa na mňa, pracujú v podstate všetky bunky vo vašom mozgu. Okrem tých, ktoré práve umierajú. Neuróny majú aj spontánnu aktivitu, nie je to tak, že iba odpovedajú na podnety. Raz za čas, pričom sa bavíme o sekundách, vyšlú svoje impulzy k susediacim bunkám.

Mozog spotrebuje dosť veľa energie, ktorú prijímame zo stravy. Najviac mu pritom „chutí“ spaľovanie cukru. Dá sa povedať, že počas nejakej dlhodobej sústredenej mentálnej aktivity spálim povedzme jednu čokoládovú tyčinku?

Nemyslím si. Mozog je naozaj energeticky veľmi aktívny orgán a odhaduje sa, že denne spotrebuje asi 20 percent energie, ktorú potrebujeme na svoju celkovú prevádzku. Platí aj to, že cukor je pre metabolizmus mozgu veľmi dôležitý. Ale to neznamená, že keď si sadnem a budem sa na niečo intenzívne sústrediť, tak schudnem niekoľko kíl, alebo sa dostanem do hypoglykemickej kómy.

Ale napríklad špičkoví šachisti, ktorí hrajú dlhé niekoľkohodinové partie, sú schopní počas dôležitej partie schudnúť aj niekoľko kilogramov. Veľa energie spotrebuje samotný mozog, zároveň je však aktívne celé telo, aj keď sa môže zdať, že „len sedia a hýbu figúrkami“.

Vieme, kedy dosahuje mozgová aktivita vrchol a odkedy to s nami ide dolu vodou?

Toto je nebezpečná otázka a problém je skrytý v slove vrchol. Rôzne funkcie mozgu totiž môžu mať „vrchol“ v rôznych obdobiach života. Malé deti sa napríklad ľahšie učia, mladí dospelí do 25 rokov života si niektoré veci ľahšie pamätajú. V neskoršom veku je to zase vykompenzované inými funkciami. Mozog by mal byť u zdravého človeka schopný spoľahlivo fungovať celý život.

To, že niektoré funkcie s vekom slabnú, pocítia predovšetkým ľudia, ktorí boli napríklad vynikajúci v cudzích jazykoch, v zapamätaní si obrovského množstva textu alebo číselných radov. Ale to si uvedomia ľudia, ktorí mali ten vrchol naozaj vysoko. Keď sa dostanú do činnosti mozgu, ktorá je pre nás ostatných normálna, tak im to príde „trochu divné“.

Vieme si mozog „vyšportovať“ alebo mu nejakým tréningom predĺžiť životnosť?

Mozog sa nedá vyšportovať ako sval, no pravidelným učením sa dajú niektoré črty zdokonaliť. U starších ľudí alebo ľudí s niektorými typmi neurodegeneratívnych porúch sa ním dá aj spomaliť či zastaviť úbytok niektorých schopností.

Pred pár rokmi boli veľmi populárne rôzne aplikácie, ktoré slúžili na približne štvrťhodinku starostlivosti o mozog denne. Ako neurovedec ich považujete za užitočné alebo za stratu času?

Čokoľvek, čo človek robí so záujmom a snaží sa v tom zlepšovať, mozgu pomôže. Krásnym prípadom sú ľudia, ktorí sú schopní naučiť sa dlhé rady čísel, naslepo poskladať niekoľko Rubikových kociek naraz a tak ďalej.

Ilustračný obrázok – Rubikova kocka. Zdroj – Unsplash/Olav Ahrens Røtne

Ak budem na niečo klikať a snažiť sa opakovať sekvenciu nejakých číslic, tak by to teoreticky mohlo prispieť k obnoveniu alebo zlepšeniu niektorých schopností. Ale moja schopnosť klikať na niektoré číslice ešte nemusí znamenať, že budem dobrý aj v niečom inom.

V najnovšom videu neurotechnologickej spoločnosti Elona Muska Neuralink hrá opica s čipom v hlave počítačovú hru Pong. Ako je možné, že opica ju ovláda svojou mozgovou aktivitou?

Opica má v častiach mozgu, ktoré sú zodpovedné za vyvolávanie pohybu, približne tisíc veľmi tenkých elektródových vlákien. Potom sa naučí vyvolať takú aktivitu neurónov, ktorá tým kurzorom pohne. Zo vzorca neurálnej aktivity, ktorú sme schopní zmerať, potom vieme usúdiť, čo chce tá opica asi robiť. Tento systém je postavený na platforme, ktorá sa vyvíja už desaťročia.

To, že opica vie hrať mozgom počítačovú hru, je síce zaujímavé, ale podľa Muska by táto technológia mohla pomôcť napríklad pacientom, ktorí sú postihnutí paralýzou. Je reálne, aby človek, ktorý má prerušenú miechu, dokázal vďaka takémuto implantátu opäť hýbať nohami?

Vyzerá to ako reálna aplikácia. Tím Neuralinku ukázal na prasiatkach a teraz aj na opici, že sa to dá urobiť a opica pomocou vyvolanej mozgovej aktivity dokáže niečo riadiť. Iné tímy už podobné systémy implantovali priamo ľuďom a ukázali, že ľudia ochrnutí od krku dolu dokážu pomocou nich ovládať napríklad robotickú ruku či kurzory na obrazovke, pokiaľ sa naučia vyvolať správne vzorce mozgovej aktivity.

Opica Pager hrá Pong iba s použitím svojho mozgu. Zdroj – YouTube/Neuralink

Treba tam ešte vychytať veľa technických detailov, ale viem si predstaviť systém, kde budú dlhodobo implantované elektródy spojené napríklad s nejakým ľahkým exoskeletom, ktorý má človek na sebe a môže sa vďaka nemu hýbať.

Ako sa naučí dať do pohybu správnu časť mozgu človek, ktorý je povedzme ochrnutý od narodenia a tento pohyb si nemá ako pamätať?

Svoju mozgovú aktivitu sme schopní meniť veľmi plasticky. Koľko neurónov podľa vás musí zmeniť svoju aktivitu tak, aby ste si to všimli?

Netuším.

Stačí jeden. Na myšiach a potkanoch sa ukázalo, že z desiatok miliónov neurónov v ich mozgu stačí aktivita niekoľko desiatok alebo dokonca jedného na to, aby zviera niečo urobilo. Keby som vám teraz dal do hlavy mikroskop a ukázal vašu neurálnu aktivitu na obrazovke, tak by ste sa pomerne rýchlo naučili aktivovať konkrétny neurón na požiadanie. Takýmto spôsobom dokážete vyvolať aktivitu vedúcu k nejakému výsledku. Či to je tá istá aktivita, ako keď mimovoľne pohnete rukou, to si nie som istý.

Ako sa taký čip do mozgu zavádza?

Zatiaľ nie sme schopní nahrávať aktivitu jednotlivých mozgových buniek bez toho, aby sme sa dostali pod lebku. Takže do kosti musí byť vyvŕtaný maličký otvor a priamo do mozgového tkaniva musíme zaviesť elektródy. To sú tenké drôtiky, ktoré prevádzajú elektrické signály priamo do nášho systému. Neuralink používa vlákna, ktoré sú oveľa tenšie ako ľudský vlas. Vyvinuli niečo ako šijací stroj a elektródy ním do mozgu zavádzajú tak, aby v ňom nepoškodili cievy.

 Prasiatko Gertrude s implantátom s veľkosťou mince, ktorý má za úlohu monitorovať činnosť mozgu. Zdroj – YouTube/Neuralink

Elektrický signál je potom zbieraný čipom, ktorý je umiestnený priamo na lebke pacienta a je schopný tieto dáta prenášať bezdrôtovo do počítača. Tam sa potom rozkóduje aktivita jednotlivých neurónov. Ešte treba doriešiť napájanie, keďže batérie, ktoré tam sú, vydržia zatiaľ iba jeden-dva dni.

Nezačnú mozgu elektródy po nejakom čase prekážať?

Udržať ich dlhodobo funkčné bez toho, aby sa proti nim mozog začal brániť, je zatiaľ stále trochu problém, ale riešiteľný.

Využívajú sa už niekde v medicíne aplikácie na základe implantovaných čipov?

Lekári vkladajú implantáty ľuďom do mozgu už niekoľko desaťročí. Hlboká stimulácia pomáha napríklad ľuďom s Parkinsonovou chorobou. Množstvo pôvodne nepočujúcich ľudí má implantované kochleárne implantáty, ktoré im vedia stimulovať časti sluchového nervu tak, aby počuli. Dokonca sa momentálne vyvíjajú aj implantáty, ktoré by mali umožniť ľuďom s poškodenou sietnicou, aby aspoň niečo videli.

Vnímajú svetoví neurovedci Elona Muska a jeho Neuralink skôr s rešpektom alebo so skepsou?

Neuralink je Muskov zďaleka najkomplexnejší projekt. Mozog je neporovnateľne zložitejší než cesty do vesmíru alebo elektrické autá. Musk nie je neurovedec, ale bol schopný vytvoriť skupinu schopných ľudí, ktorí majú dobré financovanie a podmienky na vytvorenie extrémne užitočných vecí. To, že si budeme nahrávať do hlavy spomienky alebo komunikovať telepaticky, je, samozrejme, momentálne ťažké sci-fi, ale on tieto veci dokáže veľmi dobre predať. Podľa mňa je to fajn, lebo tým popularizuje výskum, ktorému sa venuje aj množstvo iných vedeckých tímov.

Dôvera k čipom zavádzaným do tela je relatívne nízka, keď sa bavíme o čipoch v mozgu, asi to bude vnímané ešte citlivejšie. Nie je možnosť upravovať aktivitu mozgu veľmi ľahko zneužiteľná?

Možnosť ovplyvňovať mozgovú aktivitu a mazať spomienky máme aj dnes a ľudstvo to robí alkoholom, liekmi či drogami odnepamäti. Neurovedci by to chceli robiť cielene a presne, no máme k tomu veľmi ďaleko. Doteraz sme sa bavili o čítaní elektrickej aktivity neurónov. To vieme robiť stále lepšie, ale je to len jedna, dokonca tá jednoduchšia stránka toho, čo potrebujeme. Presne vkladať informácie do mozgu, z čoho by plynulo veľa etických dilem, k tomu sme ešte neskutočne ďaleko.

Tomáš Hromádka počas prezentácie. Zdroj – archív T. H.

Prečo je o toľko ťažšie niečo do mozgu vložiť?

Predstavte si živé tkanivo s bunkami, ktoré majú v priemere niekoľko stotín milimetra. Tie by sme museli stimulovať spôsobom, ktorý nepoznáme, na správnom mieste a v správnom čase. Zároveň nie je zaručené, že keď zopakujeme vzorec aktivity z jedného mozgu v inom mozgu, tak dostaneme rovnaký výsledok.

Čo sa deje s mozgom po smrti?

To neviem, ale je pravdepodobné, že všetky fenomény, ktoré sa popisujú pri umieraní, sú práve záchvevy poslednej aktivity mozgu. Človek si môže spomenúť na niektoré veci, vidieť niektoré veci a tak ďalej, ale to je všetko len prejav končiacej sa aktivity mozgu. Tento orgán udržiava naše povedomie o tom, kto sme. Akonáhle skončí jeho aktivita, končíme aj my. Bohužiaľ.

Musk v rámci Neuralinku spomína aj prenos vedomia. Naša telesná schránka je smrteľná, znie teda lákavo, že by si človek nahral svoju osobnosť do niečoho spoľahlivejšieho. Je niečo také v budúcnosti možné?

Problém s vedomím je ten, že keď posadíte oproti sebe dvoch ľudí, aby sa dohodli na tom, čo ho tvorí, tak sa pravdepodobne nezhodnú. Vedomie je síce produktom činnosti mozgu, ale my nerozumieme tomu, čo by sme mali z neho skopírovať. Znie to veľmi dobre, veľmi dobre sa o tom rozpráva, ale prakticky sme od toho veľmi ďaleko. Neviem, či sa tam vôbec niekedy dostaneme.

Čokoľvek som dnes povedal, samozrejme, môže byť o rok úplne inak a o sto rokov s veľkou pravdepodobnosťou aj bude. V tom je veda čarovná. Pred sto rokmi bolo vedeckou fantastikou, že by sme dokázali pozorovať činnosť živého mozgu v reálnom čase. Dnes je to bežná prax.

Tomáš Hromádka (1973)

Je neurovedec. Študoval medicínu, informatiku a psychológiu. Pôsobí v Neuroimunologickom ústave Slovenskej akadémie vied. Jedenásť rokov pracoval v Cold Spring Harbor Laboratory v štáte New York, kde skúmal aktivitu a funkciu sluchového systému v mozgovej kôre. Pracoval aj v Ústave experimentálnej medicíny Akadémie vied Českej republiky. Momentálne sa zaoberá skúmaním funkcie neuronálnych obvodov a odhaľovaním spôsobov, ako zmenená činnosť takýchto obvodov vedie k zmenám správania hlodavcov.

[Objednajte si bestseller z knižnej edície Denníka N Ľudskosť. Optimistická história človeka, ktorá ponúka nový pohľad na uplynulých 200 000 rokov ľudských dejín.]

Človek

ESET Science Award

Podcast Denníka N

Rozhovory

Technológie

Veda, Zdravie

Teraz najčítanejšie