poniedziałek, 29 października 2012

Mózg ludzki jako produkt uboczny adaptacji do biegania

Spośród wielu teorii tłumaczących rozmiar i możliwości ludzkiego mózgu jedną z najciekawszych, a zarazem najbardziej kontrowersyjnych, przedstawili Konrad Fiałkowski i Tadeusz Bielecki w serii artykułów zwieńczonych książką "Homo przypadkiem sapiens". Jest to teoria w tym sensie kontrowersyjna, gdyż zdaniem tych dwóch polskich uczonych, mózg ludzki powstał.... przypadkowo, niejako przy okazji innych, ważniejszych procesów adaptacyjnych zachodzących kilkadziesiąt tysięcy lat temu na afrykańskich sawannach.

Pomysł Bieleckiego i Fiałkowskiego oparty jest na koncepcji Johna von Neumanna, twórcy teoretycznych podstaw komputera i prekursora teorii gier. W 1963 roku von Neumann opublikował pracę "Probabilistics logic and the synthesis of reliable organisms from unreliable components", w której za system niezawodny uważa taki, w którym - w skrócie - dysfunkcja któregoś z jego elementów nie oznacza dysfunkcji całego systemu. Co musi się dziać z systemem, aby spełniał ten warunek? Po pierwsze musi od dążyć do zwiększenia liczby elementów tworzących system, a - po drugie - dążyć do zwiększenia liczby połączeń między elementami systemu.

Jeśli przyłożyć teoretyczne założenia von Neumanna do ludzkiego mózgu, to rozwijający się według tych warunków organ, musiałby być odporny na lokalne uszkodzenia lub czasowe zmiany środowiskowe (przegrzanie, wstrząsy itp.), a sposobem na postęp adaptacji niezawodnościowej mózgu byłby wzrost liczby jego neuronów i wzrost połączeń między nimi, czyli dokładnie to, co stało się z ludzkim mózgiem i co stanowi tu zagadkę.

Dosyć oczywiste jest, że czynnikiem wpływającym na fitness naszych przodków były w głównej mierze umiejętności łowieckie. To one decydowały o przetrwaniu (zresztą, łatwo zauważyć, że w społeczeństwach pierwotnych to siła, spryt i szybkość były prawdopodobnie bardziej adaptacyjne, niż inteligencja).

W wyniku następujących po sobie mniej więcej co 100 tysięcy lat cykli zlodowaceń obszary lasów tropikalnych ulegały redukcji, na rzecz porośniętych trawą i nielicznymi drzewami obszarami sawanny. To tam hominidy osiągnęły dwunożność, stając się gatunkami naziemnymi i tam ukształtował się kluczowy dla opisywanej tu teorii proces polowania na zwierzynę. Polegał on - w skrócie - na długotrwałym dobieganiu do uciekającej ofiary trwającym nawet kilkanaście godzin, w wyniku czego padała ona z wyczerpania. Przewaga łowiącego nad ofiarą nie polegała na jego wyższym intelekcie, ale na.... większej odporności na przegrzanie mózgu na zalanej słońcem sawannie.

Człowiek jest długodystansowcem. Przebiegnięcie wolnym truchtem nawet dystansu maratońskiego jest w zasięgu możliwości większości zdrowych osobników i jest bardziej uzaleznione od wysiłku woli niż treningu. Co ciekawe, badania przeprowadzone przez Robinsona w 1963 roku dowodzą, że czynnikiem decydującym o zwycięstwie w długodystansowych biegach jest.... odporność na pregrzanie organizmu. Im większa, tym większe szanse na zwycięstwo. Zwycięzcy maratonów osiągają na mecie temperatury bliskie letalnym (śmiertelnym), czyli około 41 stopni Celsjusza. Bielecki i Fiałkowski piszą: "Tak więc ograniczenie długotrwałości i szybkości biegu wynika z temperatury, którą może wytrzymać ludzki mózg", zaś czynnikiem decydującym o sukcesie jest skuteczność mechanizmów chłodzenia organzimu ludzkiego, czyli: pocenia, sapania oraz taka konstrukcja mózgu, która wpływa na odporność na przegrzanie.

Duży mózg, składający się z wielu substytutywnych (zastępowalnych) względem siebie obszarów nie tylko chłodził krwią najważniejsze fragmenty tego organu (szczegónie korę przedczołową), ale również potrafił - i to stanowiło adaptację ewolucyjną - zaalarmować w odpowiednim momencie o niebezpieczeństwie przegrzania i zatrzymać biegnącego łowcę. Bielecki i Fiałkowski piszą o "żółtej kartce", która pojawiała się, gdy temperatura osiągała niebezpieczne 40 stopni Celsjusza.

Teoria polskich badaczy jest intrygująca i warta bliższego poznania. Nie tylko znosi z piedestału ludzki intelekt jako zjawisko wynikłe z potrzeby mowy, języka, ogarniania złożonych stosunków społecznych czy makiawelicznego manipulowania. Intelekt ludzki jest jest w tej  teorii wyłącznie przypadkowym produktem ubocznym adaptacji do skutecznego uganiania się za antylopami na sawannie. Fenomenalne!


niedziela, 28 października 2012

Czy duży mózg świadczy o inteligencji?

Ludzki mózg jest ogromny w proporcji do objętości ludzkiego ciała. Co prawda u niektórych małp proporcja ta wynosi około 20:1, a u człowieka około 50:1, to stopień złożoności połączeń neuronalnych i związane z tym wydatki energetyczne na poziomie 20% ogólnego zużycia energii stawiają człowieka w pozycji wyjątkowej.

Nierozwiązaną jak do tej pory zagadką pozostaje pytanie, po co człowiekowi tak duży i zużywający tak dużo energii mózg? Jaką potrzebę adaptacyjną zaspokajał? I czy rzeczywiście jego rozmiary są związane z myśleniem, inteligencją, funkcjami społecznymi, językiem?

Na przykład jakiś czas temu badacze z Uniwersytetu w Kostancji słusznie zauważyli, że korzystna proporcja masy mózgu do masy ciała, równie dobrze jak inteligencję, promować może lekkie ciało, które w wielu okolicznościach przydaje się bardziej niż bystrość umysłu. Ewolucyjny rozwój nietoperzy polegał, na przykład, na spadku masy ciała przy zachowaniu względnie stałej masy mózgu. W sensie adaptacyjnym było to dla nich bardziej korzystne.

Brakuje również wystarczających dowodów na to, że wielkość mózgu człowieka ma związek z rozwojem języka i mowy - cechy gatunkowej niewątpliwie rozwiniętej u człowieka bardziej niż u innych zwierząt. Kiedy język i mowa zostały już ukształtowane na poziomie zbliżonym do aktualnego, a miało to miejsce około 250 tysięcy lat temu, a więc warunki do selekcji ze względu na język zostały spełnione, mózg nie wykazywał ewolucyjnego wzrostu.

Zwolennicy teorii "inteligencji makiawelicznej" (w Polsce popularyzatorem tej koncepcji jest Tomasz Wikowski) proponują, aby gwałtowny wzrost objętości mózgu (biolog ewolucyjny John Burdon Haldane twierdził, że proces ten jest najszybszą znaną mu zmianą ewolucyjną) był związany z selekcją poprzez dobór naturalny osobników o wyższej niż przeciętna inteligencji społecznej. Zarówno jednak w przypadku szympansów, jak i homo erectus, selekcja przebiegała raczej ze względu na siłę, niż inteligencję. Nawet gdyby założyć, że inteligencja odgrywała jakąś rolę w procesach ewolucji mózgu, nic nie uzasadnia tak gwałtownego tempa jego wzrostu.

Być może powinniśmy więc porzucić przekonanie o wyjątkowości intelektu człowieka i o tym, że rozwój jego mózgu związany był z inteligencją. Może mózg ludzki ma taką a nie inną formę z zupełnie innych powodów? Być może powstał przypadkiem lub w związku z zupełnie innymi procesami adaptacyjnymi?

Jak będziemy wyglądać za tysiąc lat?

Jak będą wyglądali ludzie za tysiąc lat i czy zmiany w budowie fizycznej człowieka mają jakieś ograniczenia? Nad tym problemem zastanawia się Krzysztof Kowalski w Rzeczpospolitej (27-28.10.2012). W kulturze powstało wiele takich wizji, najczęściej niewiele mających wspólnego z odkryciami naukowymi. Dlatego aki dysonans wbudza wśród widzów "Prometeusza" fakt, że ludzie końca XXI wieku w niczym pod względem wyglądu i stroju nie odbiegają od tego, jacy jesteśmy dzisiaj.

Tego możemy być pewni - w perspektywie kilkunastu najbliższych pokoleń zmiany w budowie ciała człowieka nie będą w ogóle zauważalne. Nie zmienia to faktu, że one następują. Według obliczeń Garry Trainer Clinic w Londynie, od lat 60. XX wieku średni wzrost mieszkańców Europy i Ameryki Północnej zwiększył się o 2,5 cm. Naukowcy są też scepyczni co do tego, że będzie on nadal postępował, głównie dlatego, że wynika on - ich zdaniem czynników egzogennych - głównie poprawy higieny i sposobu odżywiania się. Nie ma natomiast powodów, aby sądzić, że przeciętny wzrost człowieka przekroczy 2 metry, wymagałoby to bowiem zmian genetycznych na tyle poważnych, że trudno przewidywać ich nastąpienie w przewidywalnej przyszłości. Nie wynika on bowiem z mechanizmów selekcji naturalnej ani reakcji na zmiany środowiskowe, ale właśnie egzogennych czynników cywilizacyjnych.

Musimy więc być ostrożni w przewidywaniach. Da się jednak, na podstawie naukowych przesłanek, stwierdzić, że niektóre elementy budowy anatomicznej człowieka ulegną zmianie. Jakie to elementy i na jakiej podstawie możemy tak przypuszczać?
  • Wzrost - ludzie będą coraz wyżsi, lecz proces ten będzie ulegał spowolnieniu, z powodów, o których wyżej.
  • Zaniknięcie zębów trzonowych - jako że już teraz nie pełnią one żadnej roli w procesie odżywiania, będą stopniowo zanikały. Już dzisiaj w niektórych populacjach nie spotyka się osobników z zębami trzonowymi (autochtoni w Meksyku).
  • Zanik nosa - kiedyś bardzo funkcjonalny dla przetrwania zmysł węchu, przestaje być potrzebny. Od czasów epoki lodowcowej (11 tys. lat temu) węch człowieka pogorszył się o 75%. Człowiek przyszłości nie będzie potrzebował nosa
  • Powiększenie i zmiana budowy oka - w związku z tym, że coraz więcej czasu spędzamy przy sztucznym świetle, zmianie ulegnie budowa zmysłu wzroku (przede wszystkim mechanizmu chroniące przez zbyt dużą dawką światła). Dr Gary Cooper (Uniwersytet w Lancaster) twierdzi, że w związku ze wzrostem znaczenia komunikacji niewerbalnej, w której oczy odgrywają ważną rolę, będą się one stopniowo powiększać.
  • Zanik owłosienia na całym ciele - tutaj naukowcy nie mają wątpliwości: wraz z upływem czasu owłosienie człowieka będzie zanikać, aż do całkowitego "wyłysienia".
  • Zmiany w budowie dłoni, redukcja liczby palców - ta zmiana wydaje się być najciekawsza. Dłoń człowieka wyewoluowała w celach przede wszystkim chwytnych. Obecnie częściej dotykamy, niż chwytamy, w związku przede wszystkim ze zmianami technologicnymi (klawiatury, ekrany dotykowe itp.), dlatego można się spodziewać redukcji liczby palców do dwóch, maksymalnie trzech (twierdzi tak prof. Cavalli Sforza z Uniwersytetu Stanforda)
Po więcej informacji na ten temat odsyłam do artykułu Krzysztofa Kowalskiego "Dwa metry, dwa palce i łysina".

sobota, 27 października 2012

Jerzy Vetulani - Mózg: fascynacje, problemy, tajemnice - Wyd. Homini, Kraków 2011


Neurobiologia to dziedzina nauki, która w świecie zarówno nauk przyrodniczych, jak i tych określanych w naszym kręgu mianem „humanistycznych”, zdobywa coraz więcej zwolenników. Podstawowym przełomem, jakiego dokonały współczesne odkrycia z dziedziny funkcjonowania mózgu człowieka i innych zwierząt, było empiryczne uzasadnienie bezzasadności funkcjonującego od starożytności, a utrwalonego najmocniej przez Kartezjusza przekonania o tym, że procesami umysłowymi mogą rządzić podstawy niematerialne. Na tym założeniu ufundowana została praktycznie cała filozofia, a także nauki społeczne. Skonstruowany na przełomie wieków model „socjologii humanistycznej” Rickerta, Diltheya czy Webera, przetrwał w mało zmienionej postaci do dzisiaj. Rozwój neurobiologii i kolejne odkrycia somatycznych źródeł takich zjawisk jak religia, sztuka czy moralność każą przeformułować utarte przekonania również w środowisku socjologów. Dlatego książka Vetulaniego, pomimo swego dość powierzchownego charakteru (o czym za chwilę), wydaje się być ważną lekturą dla wszystkich, którzy interesują się bądź czynnie uprawiają nauki społeczne.
Autor jest postacią zasłużoną, popularną i można rzec, kontrowersyjną. Ten profesor nauk przyrodniczych, psychofarmakolog i biochemik w powszechnej opinii znany jest przede wszystkim jako zatwardziały zwolennik legalizacji miękkich narkotyków. Jerzy Vetulani jest jednak przede wszystkim autorem wielu ważnych odkryć z zakresu psychofarmakologii oraz ponad dwustu prac badawczych o zasięgu międzynarodowym, ale także znanym popularyzatorem nauki (blog Piękno Neurobiologii).
Książka „Mózg: fascynacje, problemy, tajemnice”, złożona jest z czterech części, poświęconych, kolejno – moralności i sztuce, seksowi, pamięci i narkotykom. Wspomniałem już, że powierzchowność tej publikacji może być potraktowana zarówno jako wadę, jak i zaletę książki Vetulaniego. Czytelnik, dla którego neurobiologia jest tematem nowym, na pewnie będzie usatysfakcjonowany przekrojowym podejściem zastosowanym przez autora. Ci zaś, którzy w choć średnio zaawansowanym stopniu poznali tę naukę, mogą się chwilami poczuć nieusatysfakcjonowani. Szczególnie może mieć to miejsce wtedy, gdy autor dotyka najbardziej kontrowersyjnych dla nauk społecznych tematów, takich jak neurobiologiczne podstawy moralności i religijności, neuronalne podstawy tworzenia i odbioru sztuki czy też obalenie paradygmatu o tym, że samoświadomość jest cechą odróżniającą człowieka od innych zwierząt.
Każde z tych zjawisk: moralność, sztuka,, samoświadomość i religijność były od zawsze uważane za cechę charakterystyczną gatunku ludzkiego. Na przykład tak zwany „zmysł moralny” tradycyjnie pochodził bądź to od czynników ponadnaturalnych, bądź, w wersji bardziej „oświeconej”, od autonomicznego rozumu, który potrafił rozwiązywać dylematy moralne. W wersji współczesnej pogląd ten był podtrzymywany przez psychologa rozwojowego Lawrence'a Kohlberga. Dopiero niedawno zaczęto przypisywać również emocjom istotną rolę w tych procesach. Zastosowanie przez neurobiologów rezonansu magnetycznego dla obrazowania pracy mózgu w trakcie podejmowania decyzji moralnych pokazało, że procesy te są o wiele bardziej skomplikowane i w istocie polegają na współoddziaływaniu czynników rozumowych z emocjonalnymi. Jak udowodnił Greene w 2004 roku, zależy to od tego, czy dylematy te mają charakter osobowy (wówczas aktywowane są obszary związane z emocjami i rozpoznaniem społecznym: przyśrodkowa kora przedczołowa,  tylny zakręt obręczy i kora przedklinowa oraz górna bruzda czołowa i połączenie skroniowo-ciemieniowe), czy też dylematy mają charakter bezosobowy (wówczas aktywowane są obszary mózgu związane z rozumowaniem abstrakcyjnym: grzbietoboczna kora przedczołowa i płat ciemieniowy). Dzięki temu udało się wytłumaczyć, dlaczego w szeregu zagadkowych dylematów moralnych rozważanych przez etyków i filozofów (dylemat płaczącego dziecka, dylemat zwrotnicy i inne), odpowiedzi osób postawionych przed problemem zmieniały się w zależności od formy, w jakiej został on postawiony, choć w sensie istoty dylematu, mieliśmy do czynienia dokładnie z tym samym problemem decyzyjnym.
Równie intrygujące, choć niestety obawiam się, zbyt powierzchowne dla czytelników zainteresowanych głębiej problemem, są uwagi Vetulaniego na temat relacji między religią a moralnością. Ta pierwsza była tradycyjnie uważana za źródło systemów moralnych, przez co uznawano religijne systemy wartości za „ponadnaturalne”. Tutaj również Vetulani stoi na stanowisku przeciwnym dualizmowi Kartezjusza, a bliższym monizmowi Spinozy. Szczególnie mocnym argumentem za stanowiskiem Vetulaniego są łatwe do uzasadnienia fakty o, po pierwsze, powszechności wierzeń religijnych we wszystkich jak się daje społeczeństwach, niezależnie od momentu historycznego oraz stopnia złożoności, z drugiej zaś uderzające podobieństwo podstawowych nakazów moralnych wynikających z systemów religijnych. Oczywiście można tu dyskutować, czy ma rację autor twierdząc, że wynika to z faktu, iż system neuronalny człowieka jest tym, co łączy ludzi niezależnie od kultury i momentu historycznego. Dekalog, zbiór nakazów moralnych wyznawanych przez trzy wielkie monoteistyczne religie tylko po części ma charakter uniwersalny, po części zaś wynika z określonego kontekstu kulturowego, w jakim został stworzony i zaakceptowany. Niemniej problematyka „neuroteologii” zasygnalizowana niestety tylko przez Vetulaniego, jest intrygująca i domaga się pogłębienia.
Z punktu widzenia socjologii bardzo ciekawe są uwagi Vetulaniego o biologicznym i społecznym sensie agresji u ludzi i innych zwierząt. Poza tym razem szczegółowym wykładem na temat neuronalnych podstaw agresywnych zachowań, z którego wynika, że różne akty przemocy mają z punktu widzenia pracy mózgu zróżnicowaną funkcję, autor proponuje ciekawą systematykę tego typu zachowań zauważając, że wiele aktów agresji ma funkcjonalne uzasadnienie nie tylko biologiczne czy ewulucyjne, ale również społeczne. Zastanawiając się, na ile neurobiologia (neurosocjologia?) może wpłynąć na zahamowanie agresywnych zachowań (na przykład za pomocą środków psychoaktywnych) stwierdza, że zarówno agresja emocjonalna (na przykład wojna obronna), jak i agresja chłodna (na przykład ustanawianie porządku publicznego, poskramianie zamieszek itp.), Vetulani z dużą dozą dystansu pisze o możliwości całkowitego wyeliminowania agresji z życia społeczeństw, szczególnie tych wysoko rozwiniętych.
Bardzo interesująca okazuje się też w książce Vetulaniego część poświęcona seksowi. Tej czasochłonnej i wymagającej ogromnego wysiłku czynność ludzie poświęcają tak wiele uwagi i poświęcenia, gdyż, co oczywiste, prokreakcja jest jedyną szansą na unieśmiertelnienie naszych genów. Autor pokazuje, w jaki sposób neurobiologia tłumaczy wszystkie etapy tego procesu. W jaki sposób układ nagrody znajdujący się w mózgu człowieka otrzymuje stymulację: od pożądania (libido), podniecenia, kopulacji i orgazmu, aż do odprężenia. Na każdym z tych etapów mózg otrzymuje „nagrodę” z innych ośrodków. Niejednoznacznie odpowiada Vetulani na hipotezę o feromonach – substancjach chemicznych wydzielanych przez mężczyzn i kobiety (te ostatnie mają je wydzielać szczególnie intensywnie w okresie płodności). Choć badania biologiczne nie potwierdziły istnienia u człowieka komórek nerwowych w odpowiadających za odbieranie feromonów tzw. narządach przylemieszowych, to badania empiryczne przeprowadzone przez profesora Goeffreya Millera z Uniwersity of Mexico, w którym wzięły udział tancerki z klubów nocnych wykazały, że dostawały one większe napiwki podczas swoich płodnych dni. Różnice te wynosiły nawet 45%.
Vetulani pisząc o różnicach międzypłciowych atakuje też (choć niewprost) funkcjonujący powszechnie zarówno w środowiskach feministycznych, jak i konserwatywnych mit o kulturowych podłożach homoseksualizmu. Powołując się na szereg badań uzasadnia, że wszystko wskazuje, że skłonności homoseksualne są dziedziczne, choć nie oznacza to oczywiście całkowitego determinizmu w tym zakresie.
Feministkom na pewno zburzyłyby obraz szowinistycznego neurobiologa uwagi Vetulaniego na temat międzypłciowych różnic w budowie mózgu człowieka. Pierwotnie człowiek rodzi się z mózgiem „kobiecym” i dopiero wpływ męskich hormonów przekształca go na zmaskulinizowany. Prawdą jest również, iż przeciętny męski mózg jest większy od żeńskiego, to jeśli mierzyć go w stosunku do masy ciała, to kobiety mają tu przewagę (choć i tak słonie i wszystkie gatunki waleni biją tu człowieka na głowę). Vetulani o tym nie pisze, ale jedna z hipotez dotyczących wielkiego w stosunku do masy ciała mózgu człowieka wiąże się z ogromnymi potrzebami umiejętności społecznych (w tym władania mową), które umożliwiły mu przewagę ewolucyjną. Z wielu badań wynika, że umiejętności językowe i społeczne kobiet przewyższają męskie, co wiąże się z odmiennymi strategiami ewolucyjnym, jakie przyjęliśmy.
Ostatnia część książki poświęcona jest narkotykom. Szczególnie ważny dla osób zainteresowanych problematyką społeczną powinien być rozdział poświęcony dopalaczom. Jest to wnikliwa analiza tego nieistniejącego już w Polsce oficjalnie segmentu rynku substancji psychoaktywnych. Autor zaznacza, że wrzucanie wszystkich substancji stymulujących pracę mózgu do jednego worka, może prowadzić do absurdów. Substancje te dzieli na hamujące pracę mózgu (alkohol, kokaina) oraz zwiększające jego aktywność. Oczywiście większość z nich ma określone skutki uboczne, spośród których uzależnienie jest jednym z najważniejszych. Jednak, jak podkreśla autor, stosowanie przez ludzi tego typu środków jest w perspektywie historii ludzkości powszechne i poza zagrożeniami, ma wielokrotnie uzasadnienie ewolucyjne, a nawet niesie korzyści. Wydaje się, że Vetulani staje tu na stanowisku, iż państwo powinno zamiast prohibicji w szerokim sensie tego słowa, stosować umiejętną politykę kontrolowanej dystrybucji substancji psychoaktywnych.

Profesor Jerzy Vetulani prowadzi dobrego bloga http://vetulani.wordpress.com/