Kauzalita, pověry a medicína

Médii každou chvíli proběhnou senzační zprávy o tom, že faktor A způsobuje nemoc B. Stres způsobuje depresi, hliníkové ešusy Alzheimerovu demenci, marihuana schizofrenii, gen Z bipolární poruchu, homosexualitu, nebo dokonce tendenci věřit v Boha. Ambulantní pacienti mě pravidelně a s velkým nadšením informují o novém faktoru údajně způsobujícím jejich nemoc, o kterém se právě dočetli v novinách nebo v populárních časopisech.

Většina podobných zpráv je založena na seriózním, komplikovaném a zpravidla dosti nejednoznačném výzkumu. V podobě redukované na tvrzení stres = deprese, hliník = Alzheimerova demence apod. mají však tyto zprávy podobnou informační hodnotu jako zjištění, že většina pachatelů trestných činů před zločinem jedla chleba. Veřejnost ovšem podobné zprávy přijímá nadšeně a nekriticky. Po uveřejnění populárněvědeckých článků shrnujících náš výzkum o výskytu protilátek proti původci lymské boreliózy mezi psychiatrickými pacienty (viz Vesmír 81, 573, 2002/10) jsem dostal vlnu dopisů od lidí, kteří v infekci bakterií Borrelia burgdorferi ihned identifikovali příčinu svých nejrůznějších a s boreliózou zřejmě většinou nesouvisejících obtíží.

Proč jsme fascinování jednoduchými formulkami typu A způsobuje B?

Máme předpoklady k tomu, abychom ve světě kolem nás viděli řád, souvislosti a význam. Náhodnost, chaos a nedostatek významu nás neuspokojují. Tendence detegovat souvislosti byla vestavěna do naší kognitivní mašinérie v průběhu evoluce. Odhalení jednoduchých nezbytných a dostačujících kauzálních souvislostí je prospěšné, nebo dokonce nezbytné pro přežití. Ze situací, které jsou předvídatelné, lze těžit, popřípadě minimalizovat jejich škodlivé následky. Člověk zdaleka není jediný živočich, který hledá a deteguje statistické vzorce nenáhodnosti. Dokazuje to Skinnerův box – vynález brilantního amerického psychologa B. F. Skinnera. Skinnerův box je klec vybavená rozličnými páčkami, knoflíky, světélky. Pokud zvíře zmáčkne páčku, aktivuje se mechanizmus, který do klece vhodí pamlsek nebo dočasně přisune misku s potravou. Ve složitějších verzích musí zvíře mačkat páčky v různé sekvenci, nebo jen za určitých podmínek, třeba když svítí zelené světélko. Živočich umístěný v kleci zkoumá své okolí. Náhodou zmáčkne páčku a je odměněn. Detektor souvislosti v mozku zvířete začne signalizovat. Chování, které vedlo k odměně, je posíleno a zvíře je začne opakovat. Živočichové (holubi, prasata, laboratorní potkani, primáti) dokážou velmi citlivě odhalit i souvislosti, při kterých jsou odměněni jen ve zlomku případů. Schopnost detegovat i velmi slabé vztahy mezi jevy je dána mikroskopickou organizací mozku a funkcí neuronů.

Mikroskopické detektory souvislosti

Neurony v některých částech mozku v podstatě slouží jako detektory souběhu jevů (koincidence). Princip je jednoduchý. Pokud jsou dva neurony opakovaně aktivovány zároveň, posílí se spoje mezi nimi. Na molekulární úrovni je to o něco složitější. Jestliže je neuron aktivován, depolarizuje se – změní se elektrický potenciál na jeho buněčné membráně. Aktivní neuron má jiný membránový potenciál než neuron v klidovém stavu. Tato změna „odjistí“ jeden druh receptorů na buněčné membráně – NMDA (excitační receptory N-methyl-D-aspartátové kyseliny, patřící do skupiny glutamátových receptorů). Pokud v okamžiku, kdy je neuron A ve fázi depolarizace a své receptory NMDA má „odjištěné“, je aktivován blízký neuron B, z něj se uvolní neuropřenašeč glutamátu, a „odjištěné“ receptory NMDA na neuronu A se otevřou. Do buňky A proniknou ionty vápníku, které vyvolají řadu změn vedoucích k posílení spoje mezi A a B. Pokud tyto dva neurony nejsou aktivovány zároveň nebo těsně za sebou, vylití glutamátu z neuronu B nevyvolá na neuronu A (s klidovým potenciálem a „zajištěnými“ receptory NMDA) žádnou změnu.

Mozek je hardware či, jak někteří říkají, wetware, který se aktivně mění v procesu učení. Je to podobné, jako kdyby se vám elektrické vedení v domě samo přeskládalo podle toho, kde zrovna potřebujete mít zásuvku. Lze si představit, že popsané jednoduché chování na úrovni dvou neuronů může vést k nastavení, propojení a vyladění celých populací nervových buněk, které představují konkrétní situace nebo paměťové stopy. Jednoduchý mechanizmus – neurony, které se společně aktivují, se navzájem propojují – tak může vést k neuvěřitelně komplexní úrovni organizace mozku a k velmi citlivé detekci i velmi slabých souvislostí.

Detektory souvislosti a pokrok

Člověk evolučně starou, pro přežití prospěšnou schopnost detegovat souvislosti povýšil i na úroveň vztahů mezi abstraktními koncepty. Bez velké nadsázky lze říci, že věda je vedlejším produktem této schopnosti. Detekce souvislostí a vztahů mezi jevy je to, co vede k objevům a pokroku. K detekci souvislostí a následnému poučení není třeba znát odpověď na otázku, proč dané vztahy existují. Pouhá znalost souvislosti i bez jejích podkladů může vést k prospěšným závěrům a opatřením. V medicíně existuje několik dramatických demonstrací této skutečnosti. V roce 1854 propukla v Londýně epidemie cholery. Rozšíření případů nemoci symetricky okolo studny na Broad Street vedlo Johna Snowa k tomu, že odstranil kliku rumpálu, a tím epidemie skončila. Původce a způsob přenosu cholery byl objeven až o více než 30 let později. Ignaz Semmelweis si zase všiml, že horečka omladnic bývá častější u žen, jejichž porodník před výkonem prováděl pitvu. I přes neznalost mikrobiálního původu nemocí vedla jeho pozorování k zavedení antisepse a záchraně tisíců životů.

Odhalení existence vztahů mezi jevy však většinou rychle vede k zjištění, proč dané vztahy existují. Charles Darwin například zaregistroval řád v rozšíření živočichů na Galapážských ostrovech a stanovil evoluci přírodní selekcí jako příčinu tohoto řádu. Snižující se populace orlů bělohlavých (symbolu USA) vedla prostřednictvím komplikovaného kauzálního řetězce až k odhalení prvotní příčiny. Orlové se nedokázali množit. Pokles reprodukční schopnosti byl dán ztenčováním vaječné skořápky, které bylo způsobeno vysokým obsahem organického pesticidu DDT v prostředí. Když bylo používání DDT omezeno, začaly se populace orlů bělohlavých opět zvětšovat.

Schopnosti citlivě detegovat souvislosti vděčíme za své přežití a za obrovský rozmach vědy. Tendence detegovat souvislosti je však natolik silná a automatická, že mnohdy nalézáme souvislosti i tam, kde žádné neexistují. Výsledkem jsou pověry a rituály.

Jsou zvířata pověrčivá?

Člověk není jediný živočich, který nachází souvislosti i tam, kde nejsou. Škodolibý Skinner přišel s rafinovanou obměnou svého výzkumného zařízení. Modifikovaný Skinnerův box dávkoval pamlsky v pravidelných časových intervalech, bez ohledu na to, co zvíře dělalo. Kauzální souvislost mezi chováním a odměnou byla přerušena. Vysvětlete ale něco takového holubovi. Chudák holub zavřený do klece se rozhlíží a zkoumá, kudy by se dostal ven. Bing, do klece padne pamlsek. Detektor souvislostí v holubově mozku začíná signalizovat a holubovo chování před dodáním pamlsku je identifikováno jako možná příčina odměny. Netrvalo dlouho a zvířata vyvinula komplikované vzorce chování, kterými se snažila navodit odměnu. Jeden holub se točil proti směru hodinových ručiček, jiný se kýval ze strany na stranu, další ukazoval hlavou do rohu klece, čtvrtý jako by hlavou nadzvedával pomyslnou překážku. Holub detegoval souvislost, která neexistovala – falešně si spojil chování s odměnou. Odměnu by však holub dostal, i kdyby nedělal nic nebo dělal něco úplně jiného. Skinner nazval tento jev pověrčivé chování. ¹⁾

Protože nebyla mezi chováním a odměnou žádná souvislost, pověrčivé chování nezůstávalo konstantní, ale plynule se vyvíjelo. Například holub, který otáčel hlavou do rohu klece, jí začal otáčet stále energičtěji až do stadia, kdy se začal otáčet celý, a nakonec se otáčel a dělal několik kroků. Původní rituál nebyl odměněn, proto jej holub zintenzivnil, začal se více otáčet. Když opět nedostal odměnu a rozhlížel se, co se děje, najednou bing, do klece padne další pamlsek. A co se v takové situaci stane? Jednoznačně to musí znamenat, že pamlsek vyvolá kombinace starého a nového chování. Mohou být podobné mechanizmy podkladem rituálů a pověr i u lidí?

Jak přivolat déšť na poušti?

Součástí řady kultur jsou rituály, které mají přivolat déšť, vyléčit nemoc, zlepšit úrodu apod. Podkladem podobných pověr je falešně pozitivní detekce souvislosti mezi chováním a žádoucím výsledkem. I v nejsušších lidmi obývaných oblastech nakonec zaprší. Pokud bude šaman dostatečně vytrvalý v provádění rituálu, nakonec začne pršet v časové souvislosti s rituálem. Falešně pozitivní výsledek – šamanův tanec přivolal déšť – je na světě. Šaman ani jeho následovníci, podobně jako Skinnerův holub, netestují a neuvědomují si, že by začalo pršet i bez rituálu. Mezi rituálem a deštěm není žádná souvislost. Případy, kdy po tanci nepršelo, se rychle zapomenou nebo vysvětlí momentální nepřízní bohů, větší mírou prohřešku, za který je sucho trestem, nebo nedokonalým provedením rituálu. Neúspěšný rituál pak bývá vylepšován, podobně jako u točícího se holuba. Není tedy divu, že rituály jsou nesmírně komplikované. Jejich nedílnou součástí jsou do detailů propracované ceremonie, přezdobená roucha, speciální nástroje. Můžeme se domnívat, že existuje souvislost mezi neúspěšností rituálu a jeho složitostí. K vytvoření falešné souvislosti mezi chováním a deštěm v tropickém deštném pralese při monzunu není potřeba příliš námahy. Jinak je tomu ale na poušti. Západně od Kordiller leží v Peru pouštní planina Nazca. Toto místo je proslavené obrovskými ornamenty (viz Vesmír 77, 154, 1998/3; 77, 157, 1998/3; 77, 655, 1998/11; 81, 94, 2002/2 ad.). Některé z nich jsou tak gigantické, že je lze vidět pouze z letadla. Jednou z hypotéz o důvodu vzniku těchto ornamentů (resp. některých z nich) je právě snaha zintenzivnit sílu rituálu pro přivolání deště.

Jak vyhrát tenisový zápas?

Případy, kdy zcela náhodný, nekauzální souběh chování A s událostí B vede k ritualizaci chování A jsou časté i v současnosti. Vzpomeňte třeba na tenistu, který před podáním projde komplikovanou sérií záškubů a tiků, vzpomeňte na atlety, hokejisty, trenéry, kteří se v průběhu závodů neholí, nebo naopak holí dohola. Mezi další časté předzápasové rituály patří konzumace stejného jídla, poslech stejné hudby, oblékání výstroje ve stejném pořadí, nošení talismanů, ale i oblíbených „šťastných“ ponožek či prádla (doufám, že praní nesnižuje jejich efektivitu). Předzápasové rituály jsou tak časté, že bývá jejich popis zahrnut do medailonků hráčů.

Geneze sportovního rituálu je jednoduchá. Sportovec, který měl obzvláště úspěšný den, zapojí vyhledávač souvislostí a dojde k závěru, že to zřejmě byl otočený límec, nespárované ponožky, poklepání raketou do boty atd. atd., co způsobilo jeho úspěch. Navíc pokus falzifikovat existenci souvislosti mezi „šťastnou“ ponožkou a výhrou použitím normální ponožky může dopadnout ve prospěch rituálu. Sportovec, který rituál neprovede, může znervóznět natolik, že skutečně sníží svou naději na úspěch. Vzniká sebenaplňující se proroctví a sportovec je utvrzen v tom, že bez rituálu špatně skončí. Pokračování v rituálu nic nestojí, popřípadě pomůže zlepšit soustředění, zmírnit úzkost. Přerušení rituálu může vést k prohře. Proč tedy riskovat?

Co se stane, když do Skinnerova boxu strčíte člověka?

O I. P. Pavlovovi, zakladateli fyziologie, se říkalo, že by klidně strčil nemluvně do hrnce s vařící vodou, aby viděl, co se stane. Chcete vidět, co se stane, když do Skinnerova boxu strčíte člověka? Zajděte se podívat do nejbližší herny, hrací automaty jsou totiž poměrně přesnou obdobou Skinnerových boxů. Mačkáte páčky či knoflíky za halasného pípání, cinkání, blikání a občas bing, vypadne odměna v podobě mince. Netřeba dodávat, že frekvence a velikost výher je nastavena tak, aby provozovatel nikdy neprodělal. Navíc nepravidelné, občasné odměňování je velmi silným posilovačem chování. Jedinci oddávající se hracím automatům jsou vděčnými objekty pro sledování vzniku rituálů. Jak je možné, že po některém zmáčknutí knoflíku se vysypou peníze a po jiném nikoliv? Určitě je to tím, že jsem se potáhl za ucho, opřel o místo na automatu, kde bliká zelená kontrolka, olízl si dvakrát rty atd. atd.

Jak říká Richard Dawkins v knize Rozplétání duhy, v podstatě je celý náš život jeden velký Skinnerův box. Některá chování souvisejí s odměnou, jiná nikoliv, o dalších si to jenom myslíme. Ve většině případů nestojíme proti geniálním manipulátorům jako Skinner. Naše vyvážení ve smyslu falešně pozitivních detekcí tedy mnohdy funguje. V některých situacích je výhodnější detegovat souvislosti, které neexistují, než si nechat ujít souvislosti, které by mohly být důležité. Poklepávání tenisovou raketou či pojídání hamburgerů před zápasem jsou jen neškodnou (a v případě obrazců na planině Nazca dokonce krásnou) daní za tento předsudek.

Soumrak nezbytné a dostačující kauzality v medicíně

Vraťme se však zpět k medicíně. Mikrobiolog Robert Koch r. 1882 postuloval pravidla průkazu, že patogen způsobuje chorobu: Patogen musí být přítomen ve všech organizmech stižených danou chorobou a v žádném zdravém organizmu. Vpravení patogenu odebraného z nemocného organizmu musí vyvolat chorobu v organizmu zdravém. Kochova pravidla jsou elegantním příkladem dokazování nezbytné a dostačující kauzality. Přinesla velký rozmach mikrobiologie a medicíny. Bohužel však pro většinu nemocí (a možná pro žádnou nemoc) neplatí. Zdá se totiž, že patogen, například původce tuberkulózy, bez náchylnosti k nemoci připravené geneticky nebo jinými vlivy prostředí nemá příliš velkou šanci. Bakterie bez přítomnosti dalších faktorů nemusí být dostatečnou podmínkou vzniku nemoci. V případě infekcí však alespoň existuje infekční agens, bez kterého nemoc dozajista nepropukne. Geny mohou zvýšit naši zranitelnost k účinku bakterie, nicméně samotnou bakterii nenahradí. Platí sice, že tuberkulóza nemusí propuknout po vystavení organizmu mykobakteriím. Neplatí však, že by tuberkulóza mohla vzniknout bez vystavení organizmu mykobakteriím (conditio sine qua non, nezbytná podmínka). V případě největších současných metel lidstva (kardiovaskulární, metabolické, nádorové, psychiatrické choroby) však většinou podobné dostačující a už vůbec ne nezbytné příčiny neznáme a zpravidla asi ani neexistují. Tyto nemoci (respektive všechny nemoci) jsou takzvaně multifaktoriální, jinými slovy nikdo neví, co přesně je způsobuje. Svou roli zřejmě hraje velké množství rizikových faktorů, z nichž každý sám o sobě zvyšuje riziko nemoci jen málo. Místo situace „zvědavost zabila kočku“ se dostáváme do situace, kdy „teprve 1001. stéblo zlomí velbloudovi hřbet“.

Kochova noční můra

Přímá kauzalita na základě nezbytných a dostačujících podmínek je v moderní medicíně nahrazována pravděpodobnostními vlivy. Pěkně to lze demonstrovat na příkladu genů jako původců chorob. Genů, které jsou nezbytnou a dostačující podmínkou k vypuknutí choroby, je velmi málo a jsou v populaci velmi vzácné. Většina patologických genů přispívá k riziku propuknutí nemoci jen malým dílem. Takové geny jsou ale zase v populaci mnohem více rozšířeny. Každý z nás v sobě téměř jistě nosí řadu genů zvyšujících riziko propuknutí některých multifaktoriálních poruch. Většina z nich se při troše štěstí nikdy neprojeví. Patologický gen v naprosté většině případů neznamená nemoc, nýbrž pouze zranitelnost, náchylnost, riziko ke vzniku nemoci. Nezbytnou nebo dostačující kauzalitu tak nahrazuje kauzalita probabilistická, kdy přítomnost genu pouze zvyšuje pravděpodobnost propuknutí nemoci.

Představme si existenci řekněme 10 faktorů (5 genů, 5 vlivů prostředí), které se podílejí na vzniku určité choroby. Každý z těchto faktorů v závislosti na své intenzitě zvyšuje riziko propuknutí nemoci o 5–35 %. Někomu tedy stačí 3 silné faktory a choroba u něj propukne. Jiný jedinec má všech 10 rizikových faktorů, ale v nízké dávce, takže zůstane zdravý. Aby toho nebylo málo, existují zřejmě i ochranné vlivy. Za přítomnosti takových faktorů pak ani vystavení vysokým dávkám rizikových škodlivin nemusí vést k propuknutí nemoci. Rizikové faktory, které v jedné studii přispívají k riziku propuknutí nemoci, se tak podle jiné studie mohou zdát neškodné. Výsledkem je výzkumníkova noční můra a výrazná nekonzistence v nálezech publikovaných v odborné literatuře. To není výzkumný nihilizmus. Ba právě naopak.

Kvantová medicína

Pan Koch pomohl posunout hranice lidského vědění o neuvěřitelný kus. Jeho postuláty jsou však příliš nepružné a omezené jen na malou podmnožinu situací. Jsme tedy svědky anomálie. Realita se odklání od paradigmatu. Navíc současné metody hledání souvislostí začínají narážet na obtížně překonatelné limitace. Lze demonstrovat, že v některých případech bychom pro průkaz vztahu mezi genem a nemocí museli vyšetřit více lidí, než kolik jich žije na zeměkouli. Koncept medicíny založené na Kochových postulátech o nezbytné a dostačující podmínce je zhruba od poloviny 20. století nahrazován pravděpodobnostními hypotézami o vzniku multifaktoriálních chorob. Jedna příčina se již nerovná jedna nemoc. Mnoho příčin může přispívat k jedné nebo i mnoha nemocem. Náš mozek nastavený na detekci jednoduchých kauzálních vztahů má s podobným posunem problém. To však nemění nic na tom, že žijeme na prahu vědecké revoluce v medicíně, na prahu změny paradigmatu. Daní za tento vývoj je, že podobně jako fyzika stává se i medicína čím dál méně srozumitelnou. V podstatě intuitivní Newtonův zákon o akci a reakci v lecčems připomíná Kochovy postuláty o mikrobiálním (akce) původu nemocí (reakce). Einsteinova teorie relativity se více podobá pravděpodobnostním vztahům mezi rizikovým faktorem a nemocí. Bylo by naivní si myslet, že přechod od mikrobiální teorie k multifaktoriální je poslední změnou paradigmatu v medicíně. Stačí se znovu podívat na fyziku, která se posunula ještě o kus dál, do říše kvantové fyziky. Čeká něco podobného i medicínu?