Jak już wspominałem jestem absolwentem neurobiologii... który niestety po zakończeniu studiów zderzył się z bezwzględną ścianą rzeczywistości w której ciężko jak się okazuję znaleźć prace po tym kierunku (przynajmniej w naszym kraju). Czekam na wyniki naboru na studia doktorskie Instytutu Nenckiego w Warszawie który pozostał moją ostatnią nadzieją na pozostanie w kraju. Do tej pory zdążyłem wysłać już niemal 150 CV... przeważnie słysząc: "dziękujemy za zainteresowanie, niestety w chwili obecnej nie mamy funduszy na finansowanie stażu ani możliwości zatrudnienia Pana". Szukałem już szczęścia w takich instytutach jak: Instytut Biologii Doświadczalnej PAN, Centrum Badań Molekularnych i
Mikromolekularnych, Międzynarodowy Instytut Biologii Molekularnej i
Komórkowej oraz Instytut Farmakologii PAN, o Uniwersytetach i prywatnych laboratoriach już nie wspominając. Prawdą jest też fakt, że nie posiadam poza 3 tygodniowymi wakacyjnymi praktykami w laboratorium biologii molekularnej żadnego konkretnego doświadczenia. A jak powszechnie wiadomo, doświadczenie to podstawa, jeśli wierzyć licznym opowieścią osób które zetknęły się z działem "human resources" CV które nie zawiera informacji o doświadczeniu jest z góry przekreślane (praktyki wakacyjne przeważnie nie są brane pod uwagę).
Jeśli czyta to jakiś student neurobiologii to radzę Ci, dowiedz się więcej o takich programach jak Leonardo czy neuroerasmus. Szczególnie ten drugi, umożliwia on wymianę studencką właśnie w obrębie kierunku neurobiologia... dzięki niemu z łatwością można wyjechać na semestr do Niemiec.. gdzie poza samymi zajęciami na Uczelni masz szanse uczestniczyć w badaniach prowadzonych w laboratoriach oraz instytutach "powiązanych" z danym Uniwersytetem. Zawarte kontakty znacznie zwiększają Ci szanse na późniejsza prace poza granicami kraju gdzie zawód neurobiologia jest naprawdę dobrze płatny. Największym mankamentem naszych rodzimych uczelni jest brak doradztwa zawodowego dla studenta i często biernność w kształceniu... przeprowadzić zajęcia wpisane w blok tematyczny, zrobić egzamin i nara.. niech się martwi potem sam o swoją przyszłość. Tymczasem wielu studentów w tym także ja trochę zbyt optymistycznie i biernie patrzy w przyszłość wierząc w puste obietnice i pracy po ciekawym i nowym kierunku... Radzę wam, zainteresujcie opiekuna swojego roku wspomnianymi programami bo to właśnie przez uczelnie możecie się o nie ubiegać.
Ps. radzę też zainteresować się zrobieniem certyfikatów językowych które często są podstawą w przypadku ubieganie się o pracę bądź studia doktoranckie za granicą.
Pozdrawiam i powodzenia
piątek, 22 listopada 2013
czwartek, 21 listopada 2013
The nature: Kiedy mózg ma wolne
Znalazłem ostatnio bardzo ciekawy artykuł opracowany przez Panią Katarzynę Chrząszcz na podstawie artykułu zamieszczonego w czasopismie naukowym "The Nature". Pozwoliłem go sobie zamieścić na swoim blogu.
Neurobiolodzy starają się zrozumieć, dlaczego mózg pracuje ciężko nawet wtedy, gdy zdaje się nie robić nic...
Eksperyment polegający na skanowaniu mózgu może okazać się bardzo wymagający dla ochotników. Ogólnie rzecz biorąc polega on na wykonywaniu poleceń naukowców, które mogą dotyczyć rozwiązywania zadań matematycznych, wyobrażenia sobie ulubionego polityka, czy też znalezienia obiektu lub twarzy na obrazku.
Od kilku lat niektórzy z badaczy dodają też w swoich testach odrobinę czasu na odpoczynek dla mózgu. Podczas gdy ochotnik wciąż podłączony jest do skanera funkcjonalnego magnetycznego rezonansu jądrowego (fMRI) osoba przeprowadzająca eksperyment prosi go, aby starał się opróżnić swój umysł, czyli przez chwilę nie myśleć o niczym. Celem takiego podejścia jest zbadanie, co tak naprawdę dzieje się w nieobciążonym, bezczynnym wręcz, mózgu. I jak się okazuje- dzieje się bardzo wiele!
Niektóre obwody muszą pozostać aktywne, gdyż kontrolują automatyczne procesy takie jak oddychanie czy bicie serca. Jednak reszta mózgu także nie przestaje działać własnym wolnym rytmem plącząc się wokół list zakupów, urywków odbytych rozmów, czy po prostu marzeń. Ten rodzaj aktywności został nazwany stanem spoczynku. Neurobiolodzy mają także dowody na to, że angażuje on do pracy te same sieci i połączenia mózgowe, które aktywują się podczas wykonywania różnorakich zadań.
Aktywność mózgu podczas stanu spoczynkowego jest bardzo ważna, jeśli za punkt odniesienia potraktować ilość energii dostarczanej mu w tym czasie. Przepływ krwi do mózgu w tym stanie jest o około 5 do 10 procent niższy niż podczas eksperymentów wymagających wykonywania poleceń. Badanie „odpoczywającego” mózgu może pomóc także w zrozumieniu, jak działa on kiedy jest bardziej aktywny. Testy prowadzone na sieciach mózgowych w stanie spoczynku pozwalają wyrysować swoiste mapy wewnętrznych połączeń mózgowych poprzez pokazanie na przykład, które części mózgu „lubią” ze sobą pracować i jaki wpływ mogą mieć na to różne choroby.
Ale po co tak naprawdę wszystkie te wysiłki? Jeśli zapytać o to neurobiologów, większość z nich zapewne wzruszy ramionami albo westchnie. „To właściwie dopiero początek, nie można jeszcze za dużo powiedzieć, to wszystko tak naprawdę hipotezy”, mówi Amir Shmuel, specjalista do spraw obrazowania mózgu w McGill University w Montrealu. Stan spoczynkowy może mieć za zadanie podtrzymywanie połączeń mózgowych, gdy nie są używane lub też przygotowywać mózg do odpowiedzi na przyszłe bodźce. Możliwe też, że pozwala utrzymać związek między tymi rejonami mózgu, które często ze sobą współpracują. Co więcej, być może odpowiedzialny jest też za konsolidację informacji czy wspomnień gromadzonych każdego dnia. „To nowe podejście budzi wiele entuzjazmu. Niestety brakuje dla niego jeszcze choćby podstawowego zrozumienia”, komentuje Michael Greicius- neurobiolog z Stanford University w Kalifornii, który zaczął badać mózg w stanie spoczynku już dziesięć lat temu.
ZAWSZE AKTYWNY
Ciąg eksperymentów w połowie lat 90. ubiegłego wieku zdawał się potwierdzać hipotezę, że mózg nie odpoczywa nigdy. Bharat Biswal, wówczas doktorant na Medical College of Wisconsin w Milwaukee, próbował oddzielić sygnały mózgowe pochodzące z wykonywanych zadań od wszelkich innych pojawiających się w tle. „Myśleliśmy, że był to po prostu nic nieznaczący szum”, wspomina Biswal, który obecnie pracuje jako inżynier biomedyczny w New Jersey Institute of Technology w Newark. Kiedy jednak spojrzał na wykresy pracy mózgu ludzi odpoczywających, zobaczył, że tworzą one regularne wzory- wahania o niskiej częstotliwości. Eksperyment pokazał, że były one wywołane aktywnością neuronów.
U zarania badań stanu spoczynkowego, niektórzy badacze byli przekonani, że natrafili na coś bardzo głębokiego. „Kiedy pierwszy raz patrzyłem na te obwody mózgowe, byłem pewny, że wchodzimy w głąb strumienia świadomości. Zostałem jednak dość szybko sprowadzony na ziemię.”, mówi Greicius. Te sieci aktywności pojawiły się także w innych stanach świadomości, takich jak sen czy znieczulenie ogólne, nie były więc ściśle powiązane ze świadomym przetwarzaniem.
Nie były one jednak zupełnie pozbawione znaczenia. Kilka lat po odkryciu Biswel’a, rozpoczęto badania stanu spoczynkowego jako takiego. Ekipa pod przewodnictwem Marcusa Raichle’a- neurobiologa z Washington University w St. Louis, scharakteryzowała aktywność stanu spoczynkowego jako „tryb domyślny mózgu” (ang. brain’s default mode), czyli pewnego rodzaju ustawienia fabryczne. Podczas wykonywania zadań, aktywność trybu domyślnego urywała się po to, aby pojawić się znowu wtedy, gdy mózg nie wysilał się już tak bardzo.
Z siecią trybu domyślnego związanych jest też wiele różnych przejawów stanu spoczynkowego, z których wiele przypomina aktywność powiązaną z uwagą, widzeniem, słyszeniem lub ruchem. Są one takie same wśród wszystkich badanych, jednak zmieniają się w czasie. „Fakt, że są zawsze obecne, choć nie jednostajne świadczy o ich istotności”, mówi Michael Milham, dyrektor Center for the Developing Brain w Nowym Jorku.
Pomimo to, niektórzy badacze zaczęli poddawać pod wątpliwość, jakoby te przejawy odzwierciedlały w ogóle cokolwiek realnego. W końcu fMRI nie mierzy aktywności elektrycznej mózgu w sposób bezpośredni, lecz poprzez pomiar przepływu krwi. Aktywność spoczynkowa mogłaby okazać się po prostu artefaktem. „Wielu ludzi zwalało winę na kiepskie skanery albo szum oddechowy”, mówi Andrea Kleinschmidt, dyrektor badań jednostki odpowiedzialnej za obrazowanie mózgu we French National Institute of Health and Medical Research w Gif-sur-Yvette. Jednak z wykorzystaniem fMRI oraz encefalografów Kleinschmidt wraz ze swoimi współpracownikami udowodnili, że za wykresami stoi rzeczywista aktywność mózgowa.
Arim Shmuel i David Leopold- neuropsycholog w US National Institute of Mental Health zrobili właściwie to samo, monitorując stan spoczynkowy u małp i jednocześnie badając aktywność elektryczną mózgu za pomocą sond umieszczonych głęboko w korze wzrokowej. Znaleźli zależności pomiędzy wykresami stanu spoczynkowego a aktywnością elektryczną w paśmie częstotliwości wynoszących około 40 Hertzów. Taka „γ-aktywność” związana jest z komunikacją między odległymi obszarami mózgu, co przekonało Shmuela, że w stanie spoczynkowym mózg faktycznie pracuje. „Głęboko wierzę w istnienie mechanizmu leżącego u podłoża całego tego procesu, który my nazywamy sieciami stanu spoczynkowego”, tłumaczy.
ZABURZONE MYŚLENIE
Ten mechanizm może ulec wypaczeniu w różnego rodzaju chorobach mózgu. Ludzie ze wczesnymi objawami choroby Alzheimer’a na przykład, wykazują nietypowe cechy stanów spoczynkowych, które mogą być wykryte już w bardzo łagodnych formach demencji i które zmieniają się także w miarę pogłębiania się schorzenia. U dzieci z autyzmem, sieci stanu spoczynkowego charakteryzują się nadmierną ilością połączeń, znacznie większą niż u dzieci zdrowych. Przyczyny tych rozbieżności są nieznane i niekoniecznie interesujące dla lekarzy, których interesuje głównie znajdowanie markerów jakiejś choroby. „Z klinicznego punktu widzenia nie musisz zawsze rozumieć dlaczego jakiś biomarker służy za biomarker”, mówi Milham. Jednak niektórzy neurobiolodzy są zafascynowani naturą tych wahań. „Spędza mi to sen z powiek”, mówi Timothy Ellmore z University of Texas Health Science Center w Houston, który bada stan spoczynkowy u pacjentów z Parkinsonem.
Niektórzy naukowcy twierdzą teraz, że stan spoczynkowy ma za zadanie przygotować mózg do reakcji na bodźce. „System nie siedzi sobie po prostu nie robiąc nic i czekając”, mówi Kleinschmidt. Cykliczne formy aktywności w sieciach mogą pomagać mózgowi w wykorzystywaniu przeszłych doświadczeń do przyszłych decyzji. „Kalkulowanie wszystkiego i podejmowanie decyzji w mgnieniu oka wymaga niesamowitej sprawności”, mówi Maurizio Corbetta z Washington School of Medicine w St. Louis. Bada on stan spoczynkowy z wykorzystaniem magnetoencefalografii, czyli techniki, która mierzy pola magnetyczne związane z aktywnością elektryczną neuronów. „Jeśli mam mechanizm, który potrafi przewidzieć, co zdarzy się w moim życiu, to nie muszę wszystkiego na bieżąco kalkulować, tylko korzystać z doświadczeń”, wyjaśnia. Porównuje ten rodzaj aktywności do pojazdu: „jeśli siedzisz w samochodzie z zapalonym silnikiem możesz ruszyć z miejsca naprawdę szybko”.
Jednak nie chodzi tu tylko o oszczędność czasu. Sieci stanu spoczynkowego mogą także, choć nieświadomie, wpływać na percepcję. Aby zbadać, jak spontaniczne wejście w ten stan może zmienić sposób odbierania bodźców, Kleinschmidt i jego koledzy przeskanowali mózgi ludzi, którym pokazano obrazek, który można było interpretować na dwa sposoby- jako wazon lub twarz ludzką. Ci z nich, którzy zobaczyli na obrazku twarz wykazywali większą aktywność w rejonie mózgu, odpowiedzialnym za rozpoznawanie twarzy jeszcze zanim pokazano im ilustrację. Kleinschmidt podejrzewa, że mózg przetwarza kilka wersji świata gdzieś na tyłach, przygotowany na to, że jedna z nich pojawi się naprawdę. „To tak jakbyś zawsze był przygotowany na to, co nastąpi”, mówi.
Corbetta z kolei odkrył dowody na to, że u ludzi z uszkodzeniami mózgu, stan spoczynkowy może powodować zmiany w zachowaniu. W swoich jeszcze nieopublikowanych badaniach pokazał, że uszkodzenia w czołowych częściach mózgu, wywołane przez udar na przykład, mogą wpływać na zmiany w aktywności spoczynkowej bardziej odległych obszarów. „To jasny dowód na to, że upośledzenie działania stanu spoczynkowego ma wpływ na dobór odpowiednich połączeń mózgowych podczas wykonywania zadań”.
ŁAD I SZTUKA PIELĘGNOWANIA SIECI MÓZGOWYCH
Raichle jest zdania, że aktywność w odpoczywającym mózgu pomaga w utrzymywaniu w nim porządku. Połączenia między neuronami stale zmieniają się w miarę jak ludzie się starzeją i uczą, jednak człowiek zachowuje poczucie własnej tożsamości przez cały ten czas. Spontaniczna aktywność może mieć wpływ na podtrzymywanie tej ciągłości. „Połączenia między neuronami zmienią się w ciągu minut, dni, miesięcy i lat. Struktura naszego mózgu będzie inna jutro, a pomimo to nie zapomnimy o tym, kim jesteśmy”, tłumaczy Raichle.
Być może aktywność ta jest także częścią systemu, który „dostraja” połączenia podczas gdy my odpoczywamy. Kilka ekip zarejestrowało zmiany w połączeniach spoczynkowych po wykonaniu zadań pamięciowych lub językowych. Chris Miall, neurobiolog behawioralny z Uniwersytetu w Birmingham w Wielkiej Brytanii, wraz ze swoimi kolegami, pokazali, że na spontaniczną aktywność spoczynkową mają wpływ poprzedzające ją zdarzenia. W swoim doświadczeniu badali uczestników w stanie spoczynku, a następnie dali im do wypełnienia zadanie polegające na trafieniu w cel z użyciem joysticka. Kiedy ochotnicy zostali zbadani ponownie w stanie odpoczynku, w sieciach mózgowych widać było efekty wykonywanego wcześniej polecenia. To badanie i kilka innych, które nastąpiły po nim, dało do zrozumienia, że „mózg nie tylko z wyprzedzeniem myśli o twojej kolacji, ale też przetwarza różne przeszłe zdarzenia w długoterminowe wspomnienia”, mówi Miall. Zmiany w sieciach są ściśle określone przez wykonywane zadania.
Badania nad konsolidacją pamięci u zwierząt zdają się potwierdzać tę konkluzję. Kiedyś myślano, że wspomnienia, które tworzymy w dzień wzmacniają się w nocy podczas snu. Po szeregu eksperymentów na szczurach jednak, Loren Frank i Mattias Karlsson- neurobiolodzy z Uniwersytetu Kalifornijskiego odkryli, że mózg przetwarza wspomnienia przy każdej możliwej okazji, w dowolnej chwili dnia czy nocy. „Badania pokazały, że ma to miejsce w momentach, w których zwierzę wydaje się nic nie robić”, wyjaśnia Frank. Twierdzi, że to samo może mieć miejsce w mózgach ludzkich. Przy tym wszystkim, aktywność w stanie spoczynku może też normować i porządkować mózg. „Jak sprawić, żeby mózg był sprawny i elastyczny? Gdy podczas odpoczynku pojawia się w nim spontaniczna aktywność, to odciąża ona ścieżki, które odpowiedzialne są za to, czego się właśnie nauczyliśmy”, zwraca uwagę Frank, „być może jest to jedna z ról tego stanu”.
Shmuel podkreśla jednak, że nie można wykluczyć hipotezy, że aktywność spoczynkowa jest po prostu produktem ubocznym życia mózgu. „Impuls może przepływać po prostu dlatego, że gdzieś musi. Mózg nie jest martwy, a anatomiczne struktury uniemożliwiają temu rodzajowi aktywności przyjęcia losowej formy”, mówi. Po chwili dodaje jednak: „Mam nadzieję, że tak nie jest. To by było bardzo nudne...”.
Zawężenie szerokiego wachlarza możliwości zajmie trochę czasu, zwłaszcza biorąc pod uwagę, że sama natura stanu spoczynkowego utrudnia jego badanie. Kiedy naukowiec podłącza kogoś do skanera i każe mu nie myśleć o niczym, ciężko jest przetestować jakąś konkretną hipotezę. Badacze muszą więc po prostu gromadzić sterty danych i na ich podstawie wysnuwać wnioski. „To, że uczestniczę w czymś takim to prawie herezja!”, żartuje Milham, który z wykształcenia jest neurobiologiem poznawczym, czyli kimś, kto ściśle opiera swoje badania na hipotezach.
Jakikolwiek cel ma aktywność mózgu w momentach odpoczynku, jej istnienie jasno dowodzi jednego. Miall stwierdza to bez ogródek: „Mózg odpoczywa tylko wtedy, gdy nie żyjesz”.
Neurobiolodzy starają się zrozumieć, dlaczego mózg pracuje ciężko nawet wtedy, gdy zdaje się nie robić nic...
Eksperyment polegający na skanowaniu mózgu może okazać się bardzo wymagający dla ochotników. Ogólnie rzecz biorąc polega on na wykonywaniu poleceń naukowców, które mogą dotyczyć rozwiązywania zadań matematycznych, wyobrażenia sobie ulubionego polityka, czy też znalezienia obiektu lub twarzy na obrazku.
Od kilku lat niektórzy z badaczy dodają też w swoich testach odrobinę czasu na odpoczynek dla mózgu. Podczas gdy ochotnik wciąż podłączony jest do skanera funkcjonalnego magnetycznego rezonansu jądrowego (fMRI) osoba przeprowadzająca eksperyment prosi go, aby starał się opróżnić swój umysł, czyli przez chwilę nie myśleć o niczym. Celem takiego podejścia jest zbadanie, co tak naprawdę dzieje się w nieobciążonym, bezczynnym wręcz, mózgu. I jak się okazuje- dzieje się bardzo wiele!
Niektóre obwody muszą pozostać aktywne, gdyż kontrolują automatyczne procesy takie jak oddychanie czy bicie serca. Jednak reszta mózgu także nie przestaje działać własnym wolnym rytmem plącząc się wokół list zakupów, urywków odbytych rozmów, czy po prostu marzeń. Ten rodzaj aktywności został nazwany stanem spoczynku. Neurobiolodzy mają także dowody na to, że angażuje on do pracy te same sieci i połączenia mózgowe, które aktywują się podczas wykonywania różnorakich zadań.
Aktywność mózgu podczas stanu spoczynkowego jest bardzo ważna, jeśli za punkt odniesienia potraktować ilość energii dostarczanej mu w tym czasie. Przepływ krwi do mózgu w tym stanie jest o około 5 do 10 procent niższy niż podczas eksperymentów wymagających wykonywania poleceń. Badanie „odpoczywającego” mózgu może pomóc także w zrozumieniu, jak działa on kiedy jest bardziej aktywny. Testy prowadzone na sieciach mózgowych w stanie spoczynku pozwalają wyrysować swoiste mapy wewnętrznych połączeń mózgowych poprzez pokazanie na przykład, które części mózgu „lubią” ze sobą pracować i jaki wpływ mogą mieć na to różne choroby.
Ale po co tak naprawdę wszystkie te wysiłki? Jeśli zapytać o to neurobiologów, większość z nich zapewne wzruszy ramionami albo westchnie. „To właściwie dopiero początek, nie można jeszcze za dużo powiedzieć, to wszystko tak naprawdę hipotezy”, mówi Amir Shmuel, specjalista do spraw obrazowania mózgu w McGill University w Montrealu. Stan spoczynkowy może mieć za zadanie podtrzymywanie połączeń mózgowych, gdy nie są używane lub też przygotowywać mózg do odpowiedzi na przyszłe bodźce. Możliwe też, że pozwala utrzymać związek między tymi rejonami mózgu, które często ze sobą współpracują. Co więcej, być może odpowiedzialny jest też za konsolidację informacji czy wspomnień gromadzonych każdego dnia. „To nowe podejście budzi wiele entuzjazmu. Niestety brakuje dla niego jeszcze choćby podstawowego zrozumienia”, komentuje Michael Greicius- neurobiolog z Stanford University w Kalifornii, który zaczął badać mózg w stanie spoczynku już dziesięć lat temu.
ZAWSZE AKTYWNY
Ciąg eksperymentów w połowie lat 90. ubiegłego wieku zdawał się potwierdzać hipotezę, że mózg nie odpoczywa nigdy. Bharat Biswal, wówczas doktorant na Medical College of Wisconsin w Milwaukee, próbował oddzielić sygnały mózgowe pochodzące z wykonywanych zadań od wszelkich innych pojawiających się w tle. „Myśleliśmy, że był to po prostu nic nieznaczący szum”, wspomina Biswal, który obecnie pracuje jako inżynier biomedyczny w New Jersey Institute of Technology w Newark. Kiedy jednak spojrzał na wykresy pracy mózgu ludzi odpoczywających, zobaczył, że tworzą one regularne wzory- wahania o niskiej częstotliwości. Eksperyment pokazał, że były one wywołane aktywnością neuronów.
U zarania badań stanu spoczynkowego, niektórzy badacze byli przekonani, że natrafili na coś bardzo głębokiego. „Kiedy pierwszy raz patrzyłem na te obwody mózgowe, byłem pewny, że wchodzimy w głąb strumienia świadomości. Zostałem jednak dość szybko sprowadzony na ziemię.”, mówi Greicius. Te sieci aktywności pojawiły się także w innych stanach świadomości, takich jak sen czy znieczulenie ogólne, nie były więc ściśle powiązane ze świadomym przetwarzaniem.
Nie były one jednak zupełnie pozbawione znaczenia. Kilka lat po odkryciu Biswel’a, rozpoczęto badania stanu spoczynkowego jako takiego. Ekipa pod przewodnictwem Marcusa Raichle’a- neurobiologa z Washington University w St. Louis, scharakteryzowała aktywność stanu spoczynkowego jako „tryb domyślny mózgu” (ang. brain’s default mode), czyli pewnego rodzaju ustawienia fabryczne. Podczas wykonywania zadań, aktywność trybu domyślnego urywała się po to, aby pojawić się znowu wtedy, gdy mózg nie wysilał się już tak bardzo.
Z siecią trybu domyślnego związanych jest też wiele różnych przejawów stanu spoczynkowego, z których wiele przypomina aktywność powiązaną z uwagą, widzeniem, słyszeniem lub ruchem. Są one takie same wśród wszystkich badanych, jednak zmieniają się w czasie. „Fakt, że są zawsze obecne, choć nie jednostajne świadczy o ich istotności”, mówi Michael Milham, dyrektor Center for the Developing Brain w Nowym Jorku.
Pomimo to, niektórzy badacze zaczęli poddawać pod wątpliwość, jakoby te przejawy odzwierciedlały w ogóle cokolwiek realnego. W końcu fMRI nie mierzy aktywności elektrycznej mózgu w sposób bezpośredni, lecz poprzez pomiar przepływu krwi. Aktywność spoczynkowa mogłaby okazać się po prostu artefaktem. „Wielu ludzi zwalało winę na kiepskie skanery albo szum oddechowy”, mówi Andrea Kleinschmidt, dyrektor badań jednostki odpowiedzialnej za obrazowanie mózgu we French National Institute of Health and Medical Research w Gif-sur-Yvette. Jednak z wykorzystaniem fMRI oraz encefalografów Kleinschmidt wraz ze swoimi współpracownikami udowodnili, że za wykresami stoi rzeczywista aktywność mózgowa.
Arim Shmuel i David Leopold- neuropsycholog w US National Institute of Mental Health zrobili właściwie to samo, monitorując stan spoczynkowy u małp i jednocześnie badając aktywność elektryczną mózgu za pomocą sond umieszczonych głęboko w korze wzrokowej. Znaleźli zależności pomiędzy wykresami stanu spoczynkowego a aktywnością elektryczną w paśmie częstotliwości wynoszących około 40 Hertzów. Taka „γ-aktywność” związana jest z komunikacją między odległymi obszarami mózgu, co przekonało Shmuela, że w stanie spoczynkowym mózg faktycznie pracuje. „Głęboko wierzę w istnienie mechanizmu leżącego u podłoża całego tego procesu, który my nazywamy sieciami stanu spoczynkowego”, tłumaczy.
ZABURZONE MYŚLENIE
Ten mechanizm może ulec wypaczeniu w różnego rodzaju chorobach mózgu. Ludzie ze wczesnymi objawami choroby Alzheimer’a na przykład, wykazują nietypowe cechy stanów spoczynkowych, które mogą być wykryte już w bardzo łagodnych formach demencji i które zmieniają się także w miarę pogłębiania się schorzenia. U dzieci z autyzmem, sieci stanu spoczynkowego charakteryzują się nadmierną ilością połączeń, znacznie większą niż u dzieci zdrowych. Przyczyny tych rozbieżności są nieznane i niekoniecznie interesujące dla lekarzy, których interesuje głównie znajdowanie markerów jakiejś choroby. „Z klinicznego punktu widzenia nie musisz zawsze rozumieć dlaczego jakiś biomarker służy za biomarker”, mówi Milham. Jednak niektórzy neurobiolodzy są zafascynowani naturą tych wahań. „Spędza mi to sen z powiek”, mówi Timothy Ellmore z University of Texas Health Science Center w Houston, który bada stan spoczynkowy u pacjentów z Parkinsonem.
Niektórzy naukowcy twierdzą teraz, że stan spoczynkowy ma za zadanie przygotować mózg do reakcji na bodźce. „System nie siedzi sobie po prostu nie robiąc nic i czekając”, mówi Kleinschmidt. Cykliczne formy aktywności w sieciach mogą pomagać mózgowi w wykorzystywaniu przeszłych doświadczeń do przyszłych decyzji. „Kalkulowanie wszystkiego i podejmowanie decyzji w mgnieniu oka wymaga niesamowitej sprawności”, mówi Maurizio Corbetta z Washington School of Medicine w St. Louis. Bada on stan spoczynkowy z wykorzystaniem magnetoencefalografii, czyli techniki, która mierzy pola magnetyczne związane z aktywnością elektryczną neuronów. „Jeśli mam mechanizm, który potrafi przewidzieć, co zdarzy się w moim życiu, to nie muszę wszystkiego na bieżąco kalkulować, tylko korzystać z doświadczeń”, wyjaśnia. Porównuje ten rodzaj aktywności do pojazdu: „jeśli siedzisz w samochodzie z zapalonym silnikiem możesz ruszyć z miejsca naprawdę szybko”.
Jednak nie chodzi tu tylko o oszczędność czasu. Sieci stanu spoczynkowego mogą także, choć nieświadomie, wpływać na percepcję. Aby zbadać, jak spontaniczne wejście w ten stan może zmienić sposób odbierania bodźców, Kleinschmidt i jego koledzy przeskanowali mózgi ludzi, którym pokazano obrazek, który można było interpretować na dwa sposoby- jako wazon lub twarz ludzką. Ci z nich, którzy zobaczyli na obrazku twarz wykazywali większą aktywność w rejonie mózgu, odpowiedzialnym za rozpoznawanie twarzy jeszcze zanim pokazano im ilustrację. Kleinschmidt podejrzewa, że mózg przetwarza kilka wersji świata gdzieś na tyłach, przygotowany na to, że jedna z nich pojawi się naprawdę. „To tak jakbyś zawsze był przygotowany na to, co nastąpi”, mówi.
Corbetta z kolei odkrył dowody na to, że u ludzi z uszkodzeniami mózgu, stan spoczynkowy może powodować zmiany w zachowaniu. W swoich jeszcze nieopublikowanych badaniach pokazał, że uszkodzenia w czołowych częściach mózgu, wywołane przez udar na przykład, mogą wpływać na zmiany w aktywności spoczynkowej bardziej odległych obszarów. „To jasny dowód na to, że upośledzenie działania stanu spoczynkowego ma wpływ na dobór odpowiednich połączeń mózgowych podczas wykonywania zadań”.
ŁAD I SZTUKA PIELĘGNOWANIA SIECI MÓZGOWYCH
Raichle jest zdania, że aktywność w odpoczywającym mózgu pomaga w utrzymywaniu w nim porządku. Połączenia między neuronami stale zmieniają się w miarę jak ludzie się starzeją i uczą, jednak człowiek zachowuje poczucie własnej tożsamości przez cały ten czas. Spontaniczna aktywność może mieć wpływ na podtrzymywanie tej ciągłości. „Połączenia między neuronami zmienią się w ciągu minut, dni, miesięcy i lat. Struktura naszego mózgu będzie inna jutro, a pomimo to nie zapomnimy o tym, kim jesteśmy”, tłumaczy Raichle.
Być może aktywność ta jest także częścią systemu, który „dostraja” połączenia podczas gdy my odpoczywamy. Kilka ekip zarejestrowało zmiany w połączeniach spoczynkowych po wykonaniu zadań pamięciowych lub językowych. Chris Miall, neurobiolog behawioralny z Uniwersytetu w Birmingham w Wielkiej Brytanii, wraz ze swoimi kolegami, pokazali, że na spontaniczną aktywność spoczynkową mają wpływ poprzedzające ją zdarzenia. W swoim doświadczeniu badali uczestników w stanie spoczynku, a następnie dali im do wypełnienia zadanie polegające na trafieniu w cel z użyciem joysticka. Kiedy ochotnicy zostali zbadani ponownie w stanie odpoczynku, w sieciach mózgowych widać było efekty wykonywanego wcześniej polecenia. To badanie i kilka innych, które nastąpiły po nim, dało do zrozumienia, że „mózg nie tylko z wyprzedzeniem myśli o twojej kolacji, ale też przetwarza różne przeszłe zdarzenia w długoterminowe wspomnienia”, mówi Miall. Zmiany w sieciach są ściśle określone przez wykonywane zadania.
Badania nad konsolidacją pamięci u zwierząt zdają się potwierdzać tę konkluzję. Kiedyś myślano, że wspomnienia, które tworzymy w dzień wzmacniają się w nocy podczas snu. Po szeregu eksperymentów na szczurach jednak, Loren Frank i Mattias Karlsson- neurobiolodzy z Uniwersytetu Kalifornijskiego odkryli, że mózg przetwarza wspomnienia przy każdej możliwej okazji, w dowolnej chwili dnia czy nocy. „Badania pokazały, że ma to miejsce w momentach, w których zwierzę wydaje się nic nie robić”, wyjaśnia Frank. Twierdzi, że to samo może mieć miejsce w mózgach ludzkich. Przy tym wszystkim, aktywność w stanie spoczynku może też normować i porządkować mózg. „Jak sprawić, żeby mózg był sprawny i elastyczny? Gdy podczas odpoczynku pojawia się w nim spontaniczna aktywność, to odciąża ona ścieżki, które odpowiedzialne są za to, czego się właśnie nauczyliśmy”, zwraca uwagę Frank, „być może jest to jedna z ról tego stanu”.
Shmuel podkreśla jednak, że nie można wykluczyć hipotezy, że aktywność spoczynkowa jest po prostu produktem ubocznym życia mózgu. „Impuls może przepływać po prostu dlatego, że gdzieś musi. Mózg nie jest martwy, a anatomiczne struktury uniemożliwiają temu rodzajowi aktywności przyjęcia losowej formy”, mówi. Po chwili dodaje jednak: „Mam nadzieję, że tak nie jest. To by było bardzo nudne...”.
Zawężenie szerokiego wachlarza możliwości zajmie trochę czasu, zwłaszcza biorąc pod uwagę, że sama natura stanu spoczynkowego utrudnia jego badanie. Kiedy naukowiec podłącza kogoś do skanera i każe mu nie myśleć o niczym, ciężko jest przetestować jakąś konkretną hipotezę. Badacze muszą więc po prostu gromadzić sterty danych i na ich podstawie wysnuwać wnioski. „To, że uczestniczę w czymś takim to prawie herezja!”, żartuje Milham, który z wykształcenia jest neurobiologiem poznawczym, czyli kimś, kto ściśle opiera swoje badania na hipotezach.
Jakikolwiek cel ma aktywność mózgu w momentach odpoczynku, jej istnienie jasno dowodzi jednego. Miall stwierdza to bez ogródek: „Mózg odpoczywa tylko wtedy, gdy nie żyjesz”.
środa, 20 listopada 2013
Neurobiologia w USA
Kiedy prezydent Obama siedem miesięcy temu ogłosił swój plan poznania tajemnicy ludzkiego mózgu brzmiało to bardzo ambitnie a jednocześnie ubogo w detale. Teraz część tych detali zostało zarysowanych. Inicjatywa zamierza podjąć działania mające na celu odzyskanie utraconej pamięci przez weteranów wojennych. Zamierzają opracować metody pozwalające na badania funkcjonowania mózgu a także stworzyć mapę układu nerwowego muszki owocówki.
The Defense Advanced Projects Agency (DARPA) zobowiązała się poświęcić ponad 50 mln$ na wspomniany cel. Agencja zamierza skupić się na leczeniu uszkodzeń mózgu jakich doznali żołnierze walczący w Iraku oraz Afganistanie. Podczas konferencji naukowej „Społeczeństwo dla neuronauki” w San Diego, zastępca dyrektora DARPA Dr Geoffrey Ling potwierdził, iż jest to ich główny cel. Tak więc DARPA skupi się na badaniu problemów związanych z zespołem stresu pourazowego oraz pourazowych uszkodzeń mózgu. Dr Ling podkreślił, że głównym celem agencji jest pomoc dla żołnierzy którzy doznali rozległych obrażeń mózgu w wyniku których utracili w znacznym stopniu pamięć deklaratywną. DARPA nadzieje w osiągnieciu celów pokłada w urządzeniu, które wszczepione do mózgu przejęłoby część funkcji hipokampa (obszaru kluczowego w kwestii pamięci). Agencja już testowała urządzenie na gryzoniach, teraz jej celem jest wykorzystanie go na ludziach. Dr Ling powiedział: zamierzamy przejść od idei do prototypu w 18 miesięcy. Amerykański Narodowy Instytut Zdrowia w przyszłym roku planuje poświęcić 40 mln$ w na Badania mózgu. Powołując się na dr Landis, dyrektora Narodowego Instytutu Zaburzeń Neurologicznych i Udarów Mózgu, głównym celem będzie stworzenie narzędzi umożliwiających naukowcom badania funkcji mózgowych. Na konferencji naukowej dr Landis powiedział: Wierzymy, że narzędzia i technologie, które powstaną dzięki tej inicjatywie pomogą naukowcom wykonywać ich prace szybciej, lepiej i z większą efektywnością. To wszystko może prowadzić do lepszego leczenia ludzi cierpiących na takie choroby mózgu jak Parkinsonizm. Od kilkunastu lat, ludzie z Parkinsonem są zdolni do redukcji drżeń kończyn dzięki wszczepionym do mózgu stymulatorom. Dr Landis podkreślił jednak liczne niedoskonałości związane ze stymulatorami wyrażając przekonanie, iż gdyby naukowcy lepiej znali procesy mózgowe urządzenia pracowałyby bez porównania lepiej.
Niemniej Jednak Dr Tom Insel, dyrektor Narodowego Instytutu Zdrowia Psychicznego przyznał, że głównym celem inicjatywy jest nie tyle odkrycie metod leczenia co lepszego zrozumienia wewnętrznych procesów najbardziej złożonego kompleksu we wszechświecie – ludzkiego mózgu. Wiele z wcześniejszych badań prowadzono na zwierzętach, nie ludziach. Ponadto część z nich prowadzona była przez prywatne instytuty badawcze. Dla przykładu Instytut Medyczny Howarda Hughes’a położony w Maryland pracuje nad mapą całego układu nerwowego muszki owocówki. Natomiast Instytut Badań Mózgu Allen’a w Seattle prowadzi badania dotyczące przetwarzania informacji wizualnych przez mózg myszy. Niemniej jednak te badania nie prowadzą do leczenia takich schorzeń jak epilepsja czy choroba Alzheime
Prezydent Obama poświęcił miliony dolarów aby finansować badania
mające na celu lepsze poznanie ludzkich procesów mózgowych
poniedziałek, 18 listopada 2013
Reakcja komórek mózgu na rzucenie palenia
Symptony odstawienia nikotyny są napędzane przez specyficzne grupy neuronów w mózgu. Naukowcy z pewną rezerwą niemniej jednak z dużą dawką optymizmu podchodzą do ostatnich badań nad myszami. Dr Tapper z Instytutu Badań Neuropsychiatrii Uniwersytetu Medycznego w Massachusetts wraz ze współpracownikami uzyskali populacje myszy uzależnionych od nikotyny. Dokonali tego podając myszom wodę zawierającą nikotynę przez okres 6 tygodni. Następnie zaprzestali podawania zwierzętom substancji uzależniającej i rozpoczęli obserwacje ich zachowania. Myszy zaczęły się trząść i nerwowo drapać, stwierdzono u nich wystąpienie syndromu odstawienia. Szczegółowe badania mózgu myszy wykazały ponadnaturalną aktywność neuronów w tzw. jądrze międzykonarowym w mózgu. Badacze zaczęli pobudzać wspomniany ośrodek mózgowy u zdrowych myszy. Zaobserwowano u nich podobne zachowania jak w grupie zwierząt uzależnionych od nikotyny. Po zastosowaniu leczenia obniżającego aktywność neuronów jądra międzykonarowego zaobserwowano stopniowe ustępowanie symptomów uzależnienia.
Jądro międzykonarowe odgrywa zasadniczą role w kwestii odstawienia nikotyny ponieważ dochodzą do niego połączenia z innych obszarów mózgu na które działa nikotyna (co ciekawe te same obszary mózgu są także odpowiedzialne za generowanie stanów lękowych). Jądro międzykonarowe zawiera także gęsto upakowane neurony o cholinergicznych receptorach nikotynowych.
Dr Tapper powiedział: „Palenie jest bardzo powszechne u osób z innymi z innymi uzależnieniami. Ponadto, naturalnie występujące mutacje w genach kodujących podjednostki receptorów nikotynowych znajdujące się w jądrze międzykonarowym są wiązane z uzależnieniami od alkoholu i narkotyków.
Jądro międzykonarowe odgrywa zasadniczą role w kwestii odstawienia nikotyny ponieważ dochodzą do niego połączenia z innych obszarów mózgu na które działa nikotyna (co ciekawe te same obszary mózgu są także odpowiedzialne za generowanie stanów lękowych). Jądro międzykonarowe zawiera także gęsto upakowane neurony o cholinergicznych receptorach nikotynowych.
Dr Tapper powiedział: „Palenie jest bardzo powszechne u osób z innymi z innymi uzależnieniami. Ponadto, naturalnie występujące mutacje w genach kodujących podjednostki receptorów nikotynowych znajdujące się w jądrze międzykonarowym są wiązane z uzależnieniami od alkoholu i narkotyków.
Czerwoną strzałką zaznaczono występowanie
jądra międzykonarowego w mózgu człowieka.
jądra międzykonarowego w mózgu człowieka.
czwartek, 14 listopada 2013
Wstęp
Jestem absolwentem Neurobiologii Śląskiego Uniwersytetu Medycznego w Katowicach. Postanowiłem rozpocząć pisanie niniejszego bloga aby móc przybliżyć każdemu kto się na niego natknie czym właściwie jest neurobiologia i jakie niesie ze sobą możliwości. Jest to obecnie chyba najprężniej rozwijająca się gałąź nauki na świecie. Na początek krótkie wprowadzenie:
Neurobiologia (eng neuroscience) -Jako nauka interdyscyplinarna, neurobiologia obejmuje badania dotyczące struktury, funkcji, a także rozwoju ośrodkowego i obwodowego układu nerwowego człowieka i zwierząt, zarówno w warunkach fizjologicznych jak i patologicznych. W związku z tym, neurobiologia łączy biologię, biochemię i farmakologię z anatomią i fizjologią oraz psychologią i elementami nauk medycznych. Największe wyzwanie, stojące przed neurobiologią, stanowi mózg ludzki, który jest najbardziej skomplikowanym obiektem w znanym Wszechświecie. Głównym celem badań neurobiologicznych jest zrozumienie biologicznych podstaw działania mózgu i pozostałych elementów układu nerwowego, w tym także biologicznego podłoża zjawisk psychicznych i zachowania człowieka. Niestety Polska trochę "przespała" rozwój neurobiologii na świecie. Obecnie w naszym kraju neurobiologie można studiować na Uniwersytecie Jagielońskim (zarówno studia I jak i II stopnia), Uniwersytecie Gdańskim a także na Śląskim Uniwersytecie Medycznym w Katowicach (z tą różnicą, że w przypadku ŚUM dostępne są tylko studia II stopnia, a więc dla osób posiadających już stopień licencjata). Jeszcze gorzej sprawa wygląda z pracą w naszym kraju po wspomnianym kierunku. Jedną z opcji na prace "w zawodzie" jest pozostanie na uczelni i jeśli jest taka możliwość prowadzenia badań związanych z układem nerwowym. Kolejną możliwością jest ubieganie się o przyjęcie do Instytutu Nenckiego w Warszawie. Jednak i to nie należy do spraw łatwych. Aby realnie myśleć o pracy we wspominanym instytucie kandydat powinien wykazać naprawdę przyzwoity dorobek naukowy o doświadczeniu już nie wspominając. Można także liczyć na pojawiające się od czasu do czasu granty na badania. Obecnie na przykład w ramach międzynarodowego programu "extrabrain" prowadzony jest nabór na studia doktoranckie.
Dla porównania w Niemczech sytuacja wygląda diametralnie inaczej. Neurobiologia wykładana jest aż na siedmiu Uniwersytetach z czego każdy z nich powiązany jest przynajmniej z kilkoma laboratoriami/instytutami badawczymi czekającymi na absolwentów. Nie może zatem dziwić fakt, że Polska sukcesywnie traci specjalistów w różnych dziedzinach, którzy kiedy tylko kończą studia emigrują na zachód kuszeni nie tylko zarobkami (a te w przypadku neurobiologów dochodzą nawet do 70 tys euro rocznie) ale przede wszystkim pracą. Tak więc nasz kraj znów ogranicza się do finansowania specjalistów z których korzysta zachód.
Neurobiologia (eng neuroscience) -Jako nauka interdyscyplinarna, neurobiologia obejmuje badania dotyczące struktury, funkcji, a także rozwoju ośrodkowego i obwodowego układu nerwowego człowieka i zwierząt, zarówno w warunkach fizjologicznych jak i patologicznych. W związku z tym, neurobiologia łączy biologię, biochemię i farmakologię z anatomią i fizjologią oraz psychologią i elementami nauk medycznych. Największe wyzwanie, stojące przed neurobiologią, stanowi mózg ludzki, który jest najbardziej skomplikowanym obiektem w znanym Wszechświecie. Głównym celem badań neurobiologicznych jest zrozumienie biologicznych podstaw działania mózgu i pozostałych elementów układu nerwowego, w tym także biologicznego podłoża zjawisk psychicznych i zachowania człowieka. Niestety Polska trochę "przespała" rozwój neurobiologii na świecie. Obecnie w naszym kraju neurobiologie można studiować na Uniwersytecie Jagielońskim (zarówno studia I jak i II stopnia), Uniwersytecie Gdańskim a także na Śląskim Uniwersytecie Medycznym w Katowicach (z tą różnicą, że w przypadku ŚUM dostępne są tylko studia II stopnia, a więc dla osób posiadających już stopień licencjata). Jeszcze gorzej sprawa wygląda z pracą w naszym kraju po wspomnianym kierunku. Jedną z opcji na prace "w zawodzie" jest pozostanie na uczelni i jeśli jest taka możliwość prowadzenia badań związanych z układem nerwowym. Kolejną możliwością jest ubieganie się o przyjęcie do Instytutu Nenckiego w Warszawie. Jednak i to nie należy do spraw łatwych. Aby realnie myśleć o pracy we wspominanym instytucie kandydat powinien wykazać naprawdę przyzwoity dorobek naukowy o doświadczeniu już nie wspominając. Można także liczyć na pojawiające się od czasu do czasu granty na badania. Obecnie na przykład w ramach międzynarodowego programu "extrabrain" prowadzony jest nabór na studia doktoranckie.
Dla porównania w Niemczech sytuacja wygląda diametralnie inaczej. Neurobiologia wykładana jest aż na siedmiu Uniwersytetach z czego każdy z nich powiązany jest przynajmniej z kilkoma laboratoriami/instytutami badawczymi czekającymi na absolwentów. Nie może zatem dziwić fakt, że Polska sukcesywnie traci specjalistów w różnych dziedzinach, którzy kiedy tylko kończą studia emigrują na zachód kuszeni nie tylko zarobkami (a te w przypadku neurobiologów dochodzą nawet do 70 tys euro rocznie) ale przede wszystkim pracą. Tak więc nasz kraj znów ogranicza się do finansowania specjalistów z których korzysta zachód.
Subskrybuj:
Posty (Atom)