Jak si posvítit na části mozku a jejich funkci?

V paletě nástrojů, které neurovědci mají ke studiu nejsložitější struktury ve vesmíru – mozku savců – přibyl počátkem 21. století nový nástroj.

Abychom se vyznali ve složitém světě, snažíme se neustále hledat nějaké struktury a souvislosti. Vzestupný výskyt rakoviny je určitě způsoben zvýšeným znečištěním prostředí nebo nadužíváním hnojiv! Velké sucho, kdy v lese nebyla ani houba, bylo kvůli tomu, že v posledních letech strašně málo prší! A tak dále. Svět je skutečně složitý a je uklidňující vědět, proč se věci kolem nás dějí. Má to ale háček. Ve velké části našich úvah značně zjednodušujeme, často nerozlišujeme, zda jedna věc způsobila druhou, nebo zda se věci v posledních letech jen prostě vyvíjejí podobně. A když už tam nějaká ta příčinná souvislost je, považujeme ji často za jedinou nebo jí přiřazujeme jinak velký význam, než skutečně má. Mozek savců je nesmírně složitý a v úvahách o jeho fungování bychom mohli snadno sklouznout k stejným chybám.

Logicky lze obhájit, že vzrůstající znečištění prostředí způsobuje vzrůstající výskyt některých nádorových onemocnění. Může to být jeden z vlivů, ale je chyba označit znečištění prostředí šmahem za hlavního a jediného viníka, když vliv tohoto faktoru může být velmi malý v porovnání s jiným vysvětlením, jako je lepší diagnostika, stárnutí populace (hodně z nás se prostě „dožije svého nádoru“) atd. V případě vody v krajině lze dokonce ukázat, že srážkové úhrny v posledních 150 letech v dlouhodobém měřítku kolísaly v rozmezí 10 % a v posledních 30 letech se téměř neměnily. Chyba proto bude například v ničemném zacházení s vodou v krajině, ve vzrůstajícím odparu vlivem rostoucí teploty nebo třeba prostě v našem sentimentu. Kdybychom pozorování, kdy se v čase jedna věc mění velmi podobně jako jiná (jejich časové křivky spolu korelují), vždy interpretovali tak, že první věc způsobuje tu druhou, došli bychom k absurditám (obr. 1). Asi nikdo se nyní nebude vyhýbat biobramborám, aby jeho budoucí děti netrpěly autismem. A takových křivek lze najít mnoho, dokonce se podobnými korelacemi na internetu mnozí baví.

Korelace je pouze náznakem implikace a kauzality. Rozdíl mezi korelací a kauzalitou je ukázán na absurdních spojeních, kde velmi pravděpodobně žádná souvislost není, nebo je kauzální hybatel obou korelujících dějů jiný.

Výmluvný vtip (obr. 1) také jistě většině lidí vnukne myšlenku, že implikace mezi těmito věcmi není, ale spíš existuje společná, obvyklá příčina obou situací. Čím dříve člověk uváží, že ne každá korelace znamená kauzalitu, tím lépe. U mladého vědce by to měla být nutnost. Neurovědec, zkoumající nejsložitější systém světa, by tak měl postupovat bezpodmínečně. Jak ale zjistit, že aktivace určité struktury v mozku způsobuje specifické chování zvířete? Pozorování, že je daná struktura aktivní, když se specifické chování zvířete odehrává, prostě nestačí. Takové pozorování je jen určitou indicií. Jak ukázat kauzální vztah? Nejlépe tak, že první věc ovlivníme a pozorujeme, jaký to bude mít efekt na věc druhou, o které tvrdíme, že je důsledkem věci první (samozřejmě je třeba také provést všechny kontrolní experimenty a vyloučit možné alternativy). Ke klasickým metodám, jak cíleně, ale vratně aktivovat nebo vyřadit určitou strukturu mozku, vždy patřila přímá elektrická stimulace, popřípadě její indukce magnetickým polem (obr. 2). Lokalizované zchlazení dané oblasti zase vede k její inhibici. Mnohem specifičtěji pak lze oblast mozku ovlivnit lokálně aplikovaným farmakem, a tím ji specificky stimulovat, inhibovat nebo určitým způsobem modulovat. S ohledem na stavební kameny mozkových struktur – jednotlivé neurony – mají všechny tyto možnosti své výhody a nevýhody, žádná z metod však nevyniká ve všech aspektech. Například elektrická stimulace je extrémně rychlá, ale stimuluje celý prostor elektrody. Naproti tomu určitá látka vážící se na přesně daný receptor může být velmi selektivní k určitým neuronům, ale změna její koncentrace v čase je poměrně pomalá, daná odplavením a odbouráním látky. Máme-li vhodně navržený experiment, lze to zohlednit a není divu, že tyto metody historicky vedly a stále vedou k zásadním objevům v neurovědách.

Klasické metody ovlivňování nervové tkáně.