Endogenní aktivita mozku a změna pohledu na neuronální aktivitu

Na přelomu 20. a 21. století se v neurovědě vyskytlo několik na sobě nezávislých objevů, které se staly prvními kroky k nalezení tzv. endogenní či klidové aktivity mozku.

Endogenní aktivitou označujeme spontánní způsob činnosti mozku, kterou zaznamenáváme, když je člověk ponechán sám sobě, přičemž po něm není vyžadováno, aby aktivně odpovídal na podněty přicházející z vnějšího prostředí. Klidové stavy mozku revolučním způsobem přehodnotily naše dosavadní chápání mozku a neurální aktivity, jelikož předchozí tradice neurovědy nahlížela na mozek jako na reaktivní orgán, jehož hlavním účelem je utváření adekvátních odpovědí na vnější prostředí. Toto přesvědčení se s příchodem endogenní aktivity začalo vytrácet. Výzkumy totiž prokázaly, že téměř 80 % z celkové energetické zásoby mozku je vynakládáno právě na podporu endogenní aktivity, kdežto reaktivním funkcím mozku je vyhrazeno pouze 1 % z celkového energetického rozpočtu. Za poslední dekádu se proto uchytilo přirovnání, že studium reaktivního chování mozku představovalo pouze nepatrnou špičku ledovce z celkové aktivity mozku, přičemž zbytek ledovce neurovědci opomenuli. Endogenní aktivita mozku je nyní velmi plodným směrem vědeckého bádání, jenž neustále přináší nové závěry o projevech psychických poruch, neurodegenerativních onemocněních mozku a také o spontánních mentálních fenoménech, které tuto aktivitu doprovázejí.

Co ale vedlo neurovědce k tomu, aby přehlédli tuto zásadní klidovou aktivitu mozku? Odpovědí je cíl neurovědeckého bádání minulého století, k němuž se v historii neurovědy odkazuje jako k cerebrální lokalizaci.

Cerebrální lokalizace

Pod pojmem cerebrální lokalizace se jednoduše skrývá dlouhodobá touha neurovědců odhalit, jakou funkci mají konkrétní části mozku. Každý den prožíváme velice pestrý vnitřní život. Pomocí smyslů si mozek utváří přibližný obraz okolního prostředí, na které reagujeme pomocí širokého spektra motorických funkcí. Neustále se pohybujeme skrze vlastní myšlenky, vzpomínky, predikce, motivace, emoce a další vnitřní mentální stavy. Když si uvědomíme tuto pestrost našeho mentálního života, dříve či později se sama nabídne otázka: Které konkrétní mozkové oblasti jsou zodpovědné za tyto typy mentálních fenoménů?

Tuto otázku lze vysledovat do historie neurovědy. Jednu z prvních metod k odhalení konkrétních mentálních funkcí jednotlivých mozkových center představila tradice frenologie. Frenologové byli přesvědčeni, že lebka je vysoce tvarovatelná, přičemž její konkrétní výdutě měly odrážet velikost mozkového regionu. Na tomto základě bylo podle frenologie možné z lebečních výdutí „vyčíst“, k čemu má jedinec vlohy a talent či zda má například sklony k násilí. Frenologie společně se svou metodikou byla posléze kompletně zdiskreditována, jelikož byla založena na velmi diskutabilní komparativní kraniální anatomii bez jakýchkoli empiricky doložených experimentů. To, co však frenologie zanechala, byl koncept lokalizace, který byl v dalších letech empirickými experimenty rozvíjen.

Základními pilíři empirické lokalizace se staly dva případy poruchy řeči, které způsobily léze levého mozkového laloku. V roce 1861 identifikoval francouzský chirurg, anatom a antropolog Paul Broca lézi situovanou kolem zadní části dolního frontálního gyru, kterou adekvátně spojil s neplynulou a zastavovanou řečí (jeho nejznámější pacient Leborgne plně rozuměl řeči ostatních, ale jediné, co dokázal vyslovit, bylo slovo „tan“). Tato mozková oblast je nyní obecně nazývána Brocovým centrem a léze této části mozku jsou spojovány s motorickou afázií.

O několik let později německý lékař, psychiatr a neuropatolog Carl Wernicke pracoval s pacienty, kteří naopak nebyli schopni porozumět artikulovanému jazyku. Wernicke později objevil, že tito pacienti byli postiženi lézí v zadní části horního temporálního gyru. Wernickova oblast se nyní spojuje s receptivní afázií, což je neschopnost dekódovat významy jednotlivých slov.
Tyto závěry sklidily obrovský úspěch a staly se impulsem k dalšímu lokalizačnímu studiu mozkových center. Ve většině případů se jednalo o invazivní experimenty na zvířatech, které spočívaly v záměrném poškození konkrétních částí mozku. U zvířat pak bylo pozorováno postoperační chování, které však mělo zásadní deficity. Když například zvíře postoperačně ztratilo funkci strachu, byla tato funkce přisouzena mozkové oblasti, která byla zvířeti během zákroku odňata.

S příchodem pozitronové emisní tomografie a posléze funkční magnetické rezonance byly invazivní experimenty na zvířatech nahrazeny neinvazivním pozorováním neurální

aktivity, avšak dlouhodobý cíl neurovědy v podobě cerebrální lokalizace zůstal stejný. Tradice tohoto typu výzkumu vytvořila implicitní přesvědčení zmíněné výše, že mozek je především reaktivní nástroj reagující na vnější prostředí. Toto přesvědčení a „lovení“ jednotlivých funkcí neurálních regionů odstavilo na druhou kolej jakoukoli ideu o klidových stavech mozku, které nyní představují extrémně zajímavé a plodné neurovědecké téma.

Síť defaultního modu

Za odhalením klidové aktivity mozku stálo pozorování pravidelně se opakujícího fenoménu, pro který neurovědci zprvu neměli jasné vysvětlení. Jednalo se o opakovanou deaktivaci konkrétní části temenního laloku, k níž docházelo ve chvílích, kdy skenovaný dobrovolník začal reagovat na stimuly a plnit kognitivní úkoly. Touto konkrétní částí mozku, kterou Gordon Schulman anekdoticky nazval mysteriózní temenní oblastí, je zadní cingulární kůra, v současné době považovaná za centrální a zřejmě nejdůležitější neurální komponentu tzv. sítě defaultního modu (default mode network). Další oblasti, které patří do této sítě, jsou prefrontální části mozku a střední spánkové laloky. Aktivita této sítě je nejsilnější ve fázích behaviorálního klidu. Ve chvílích, kdy člověk začne reagovat na vnější prostředí, je tato síť zásadním způsobem utlumena.

Přirozeně se nabízí otázka, proč je tato síť pojmenována jako defaultní. Hlavním autorem tohoto názvu byl americký profesor radiologie Marcus Raichle. Ten předpokládal, že porozumění tak komplexnímu systému, jakým je mozek, vyžaduje detailní prozkoumání jeho defaultního či bazálního stavu. Aktivita sítě defaultního modu reprezentuje podle Raichla tento bazální stav – základní stavební kameny neurální aktivity mozku, které jsou nutné pro jakékoli responzivní projevy mozku vůči vnějšímu prostředí. Nutné je také podotknout, že mozková aktivita představující responzivní odpovědi se od bazální aktivity neliší více než 5 %. Síť defaultního modu je tedy energetický neuronální kolos rozprostírající se napříč jedněmi z nejdůležitějších oblastí mozku.

Od roku 2001 se tato síť těší obrovskému zájmu vědecké komunity a samotný Marcus Raichle připouští, že jeho objev způsobil mnohem větší zájem, než vůbec očekával. Síť defaultního modu dostaly do popředí i projevy této sítě u pacientů diagnostikovaných s psychickými a neurodegenerativními poruchami. Nemluvíme však pouze o několika poruchách (jako například deprese a schizofrenie), ale o mnoha dalších psychických onemocněních, z nichž všechna jsou doprovázena atypickou aktivitou této sítě. Někteří autoři dokonce předpokládají, že Alzheimerova choroba bude v příštích letech označena jako nemoc sítě defaultního modu. Výzkumy tohoto typu tak nejen přinášejí nové poznatky o poruchách mozku, ale také otevírají možnosti k mnohem rychlejší diagnóze konkrétních chorob, což je jeden z nejdůležitějších faktorů pro jejich léčbu.

Od druhé poloviny první dekády 21. století se začal studovat vztah mezi sítí defaultního modu a mentálními obsahy, které aktivitu této sítě doprovázejí. Každý člověk denně sklouzává ke svým vlastním mentálním stavům a podle některých v této vnitřní sféře myšlenek tráví až 40 % času. Podle současných výzkumů je síť defaultního modu vysoce aktivní při sebereferenčních myšlenkách, vzpomínání, predikování budoucnosti nebo jen prostém myšlenkovém bloumání. Teprve před několika lety bylo zjištěno, že aktivita sítě defaultního modu je také přímo úměrná jednotlivým úrovním vědomí, jako je kóma, vegetativní stav, minimální vědomí a samozřejmě přirozené vědomí, což může zásadním způsobem pomoci při diagnóze pacientů, kteří nejsou schopni behaviorálních projevů. Od představení této sítě bylo za pomoci klidového stavu identifikováno mnoho dalších sítí, což je jen důkazem toho, že neurovědecká komunita do značné míry opustila model hledání funkcí konkrétních lokálních stimulovaných částí mozku a nahradila ho hledáním a popisováním neurálních sítí, které se nejlépe projevují v klidovém stavu.

O autorovi| Mgr. Marek Havlík, Ph. D., Národní ústav duševního zdraví, VP3

Ohodnoťte tento článek!