NwP: Czy coraz więcej wiemy na ten temat?
KF: Dzięki coraz bardziej zaawansowanym technologiom obrazowania ludzkiego mózgu, a także zaawansowanym metodom analizy danych, udaje się zrozumieć coraz więcej.
NwP: A czego jeszcze o mózgu nie wiemy, a chcielibyśmy?
KF: W moim odczuciu o mózgu wiemy co najwyżej promil tego, co chcielibyśmy wiedzieć. Wciąż nie rozumiemy mechanizmów działania najprostszych układów nerwowych (np. układu nerwowego nicienia C. Elegans). Nie rozumiemy podstawowych mechanizmów uczenia się i tworzenia modeli otaczającego nas świata. Nie rozumiemy biologicznych mechanizmów generujących dynamiczne zmiany aktywności mózgu. Nie rozumiemy na czym polega rola snu i marzeń sennych, ani tego, jaką rolę w naszym życiu odgrywają procesy nieświadome. Nie wiemy także, jakie są źródła zaburzeń psychicznych. Można by tak wymieniać w nieskończoność. Oczywiście naukowcy nieustannie dostarczają wyników, które mogą nam to rozumienie przybliżyć, jednak do formułowania solidnych teorii wciąż nam daleko.
NwP: Do czego może taka wiedza posłużyć?
KF: Moim zdaniem, każda nowa, rzetelna wiedza w tym temacie może przyczynić się do lepszego zrozumienia nas samych, a także lepszego zrozumienia otaczającej nas rzeczywistości. Może zostać także wykorzystana do projektowania nowoczesnych programów edukacyjnych, tak aby efektem kształcenia było budowanie otwartego, kreatywnego i świadomego społeczeństwa. Może przyczynić się do zmniejszenia kryzysu zdrowia psychicznego na świecie. Uważam, że wiele problemów psychicznych, jakie obserwujemy w społeczeństwie, wiąże się z brakiem zrozumienia tego, jak działają nasze umysły.
NwP: Złożoność ludzkiego mózgu jest ogromna. Pani zajmuje się neuronauką sieciową koncentrującą się na badaniach złożonej sieci połączeń w ludzkim mózgu z wykorzystaniem algorytmów matematycznych zaczerpniętych z teorii grafów. Na czym to konkretnie polega?
KC: Teoria grafów dostarcza nam narzędzi do opisu bardzo złożonych sieci interakcji — przykładem takiej sieci jest właśnie ludzki mózg, który składa się z około 86 miliardów neuronów, gdzie każdy neuron posiada tysiące połączeń synaptycznych. Złożoność tego układu jest gigantyczna. Dynamicznie rozwijająca się dziedzina neuronauki sieciowej (network neuroscience) pozwala na zastosowanie narzędzi zaczerpniętych z teorii grafów do uchwycenia tej złożoności, podobnie jak robi się to analizując sieci społecznościowe. Do rozpoczęcia takiej analizy niezbędne jest zdefiniowanie sieci w postaci tzw. grafu, złożonego z podstawowych jednostek (neuron lub obszar mózgu) i połączeń między nimi (synapsa, szlak neuronowy, lub miara podobieństwa aktywności pomiędzy obszarami). W żywym ludzkim mózgu nie jesteśmy w stanie badać pojedynczych neuronów, więc regiony mózgu są definiowane na bazie specjalnych atlasów. Następnie takie sieci są opisywane dostępnymi metodami teorii grafów - możemy na przykład wyznaczyć podstawowe moduły (tzw. społeczności) sieci, które mogą wiązać się ze wspólną rolą pewnych obszarów. Możemy także wyznaczać kluczowe obszary sieci, czyli te, które mają bardzo dużo połączeń z innymi obszarami.
Takie badania pozwalają nam spojrzeć na mózg jako całość, a nie jako zbiór odizolowanych części. W praktyce wszystko w mózgu jest współzależne i bardzo trudno jest badać w tak złożonym układzie związki przyczynowo-skutkowe. Wierzę, że patrzenie na mózg w ten sposób, może przyczynić się do lepszego zrozumienia naszych fascynujących umysłów.
NwP: Co dzieje się w ludzkim mózgu podczas treningu poznawczego o wysokim stopniu trudności. Jak to wygląda?
KF: W trakcie trudnych zadań poznawczych sieć funkcjonalna naszego mózgu staje się bardziej zintegrowana. Mimo, że taka integracja jest kosztowna, pozwala ona na sprawne korzystanie z zasobów obliczeniowych w poszczególnych obszarach mózgu, które jest konieczne, kiedy mierzymy się z dużym poznawczym wyzwaniem.
W naszym badaniu, osoby badane trenowały przez 6 tygodni bardzo trudne zadanie angażujące pamięć operacyjną, które polega na przechowywaniu jednocześnie kilku elementów wzrokowych i słuchowych w pamięci. Na początku to zadanie wydawało się naszym badanym niewykonalne, jednak po 6 tygodniach treningu zadanie już zupełnie nie sprawiało im trudności.
Okazuje się, że w wyniku tak intensywnego treningu silna integracja pomiędzy sieciami mózgu nie jest potrzebna, a zadanie jest wykonywane w dużej mierze bez wysiłku. Z tego typu wyzwaniami mierzymy się na co dzień, na przykład kiedy uczymy się programowania, albo gry na instrumencie.
NwP: Czy ludzki mózg regeneruje się i w jaki sposób?
KF: Ludzki mózg jest niesłychanie plastyczny. W wyniku uszkodzenia, zdrowe obszary mózgu są po pewnym czasie w stanie przejąć funkcję tych uszkodzonych. Są przypadki osób, którym ze względu na bardzo silne ataki padaczkowe zdecydowano się we wczesnym dzieciństwie usunąć całą półkulę mózgu. Dzięki niezwykłej neuroplastyczności, takie osoby mogą z powodzeniem funkcjonować w społeczeństwie.
NwP: Jakie Pani ma pomysły na kontynuację swoich badań?
KF: Pomysłów mam bardzo wiele. Po powrocie do Polski ze stażu podoktorskiego w Max Planck Institute for Human Development w Berlinie planuję powołanie nowej grupy badawczej, która będzie skupiać się na badaniu geometrii i dynamiki sieci oraz procesach reorganizacji sieci w trakcie poznania, uczenia się i twórczości. Chcę zgłębić te zagadnienia z największym naukowym rygorem współpracując przy tym z ludźmi z różnych dyscyplin i środowisk.
NwP: Co jest dla Pani marzeniem w obszarze naukowym?
KF: Dokonanie odkrycia, które znacząco przyczyni się do poprawy dobrostanu człowieka.
Czytaj też:
Naukowcy odkryli co dzieje się w mózgu, gdy coś sobie wyobrażamy