Může „přemýšlet“ mozek ve zkumavce?

Mohl by mozek někdy existovat samostatně, odděleně od těla nebo nezávisle na něm? Filozofové se dlouho zamýšleli nad takovými scénáři „mozku v nádobě“ a ptali se, zda by izolovaný mozek mohl udržet vědomí, když je oddělen od svého těla a smyslů. Prožitky člověka jsou obvykle charakterizovány sítí interakcí mezi lidským mozkem, tělem a prostředím. Nedávný vývoj v neurovědě však se přesunul z oblasti hypotetických spekulací a sci-fi k příkladům, kde by vědomí mohlo být odděleno od zbytku světa. Ve studii z roku 2020, podrobně popsané v časopise Trends in Neuroscience, filozof Tim Bayne z Monash University v Melbourne a neurovědci Anil Seth z University of Sussex v Anglii a Marcello Massimini z University of Milano v Itálii popisují kontexty, ve kterých by takové „ostrovy vědomí“ mohly existovat.

Sci-fi se často zabývá konceptem „mozku v nádobě“. Futurama, animovaný komediální sci-fi televizní seriál odehrávající se v daleké budoucnosti, si s touto myšlenkou pohrával a často v něm celebrity vystupují jako „hlava ve sklenici“.

EX cranio

Ve studii, která zní jako vystřižená z hororu, se vědcům podařilo úspěšně obnovit průtok krve do mozkových buněk, buněčné funkce neuronů a spontánní synaptickou aktivitu v prasečích mozcích, které byly po smrti zvířat odebrány a připojeny k systému zvanému BrainEx. Systém, který je navržen tak, aby zpomalil degeneraci mozkové tkáně po smrti, lze připojit k základně posmrtného mozku a dodávat mu teplou uměle okysličenou krev. Mozek odebraný od svého hostitele, byl schopen udržovat vědomí pomocí kyslíku a nezbytných živin. Tomu se říká ex cranio mozek.

U lidí trpících těžkou refrakterní epilepsií zahrnuje jedna z léčebných metod zvaná hemisferotomie úplné odpojení poškozené poloviny mozku od druhé hemisféry, mozkového kmene a thalamu. V těchto případech zůstává poškozená polovina uvnitř lebky a připojena k cévnímu systému. Zatímco odpojená hemisféra nadále přijímá živiny a kyslík potřebné pro funkci, někteří se zamýšleli nad tím, zda tato izolovaná hemisféra podporuje sousední vědomí s opačnou, připojenou hemisférou.

Vědci již také vytvořili laboratorní mini-mozky, 3D struktury vyvinuté z kmenových buněk, které vykazují různé rysy vyvíjejícího se lidského mozku. Některé z těchto mozků v misce mají mozkové vlny podobné těm, které se vyskytují u předčasně narozených dětí.

Ale má některý z těchto „mozků“ skutečně vědomí?

Vědci v těchto případech nemohou odvodit vědomí z chování, ani se nemohou těchto mozků zeptat, zda vědomí prožívají. Tato hádanka vedla neurovědce k vytvoření potenciálního „objektivního“ měřítka vědomí.

Vědci by například mohli použít tzv. index perturbační složitosti (PCI), který je založen na úrovni interakcí mezi neurony v těchto „mozcích“. Pomocí tohoto indexu by vědci elektricky stimulovali část mozku a poté měřili výsledné vzorce nervové aktivity, aby posoudili složitost interakcí mozkových buněk. Pokud výsledné měření těchto interakcí nese mnoho informací, pak lze říci, že systém je více vědomý. Je to trochu jako hodit kámen do rybníka a měřit výsledné vlnky. Pokud vlnky interagují s jinými objekty v rybníku a vyvolávají více vlnek, pak je systém vědomější. Ve stavech, kdy lidé nebyli plně vědomi, byl PCI spolehlivým ukazatelem jejich úrovně vědomí. Například pobyt v kómatu nebo spánek by byl považován za „nižší“ úroveň vědomí nebo uvědomění.

PCI se ukázala jako účinná při detekci odpojeného vědomí během snění, ketaminové anestezie a byla také úspěšně aplikována u pacientů, kteří nereagují po těžkém poranění mozku. Je možné, že vědomí je úzce spjato s dynamikou mozku, kterou lze relativně snadno měřit, jako je tomu v případě PCI.

Ale i kdyby se vědomí neukázalo jako redukovatelné na nervový signál v mozku, úkol vyvinout „objektivní“ měření vědomí je stále platný. I když tyto techniky nemusí být schopny definitivně odpovědět na otázku, zda je vědomí v těchto kontextech přítomno, poskytnou odpovědi na některé základní otázky, například zda mají ostrovy vědomí stejnou úroveň nervové komplexity jako mozky vědomých subjektů. Nebo se tyto mozky pomalu odpojují od vnějšího světa? Pochopení toho, jak by mohl obsah vědomí v takových případech vypadat, nabízí ještě složitější problém.

Lidské myšlení má omezenou rychlost – a ta je směšně nízká

Jak rychle lidé myslí? Podle nové studie je to pomalejší, než byste očekávali.

Periferní nervový systém – síť nervů, které přenášejí informace mezi mozkem a tělem – přijímá informace z prostředí rychlostí více než miliardy bitů za sekundu, což je rychlost srovnatelná s bleskově rychlým internetovým připojením. Lidé však myslí a zpracovávají tyto informace rychlostí pouhých 10 bitů za sekundu, uvádějí vědci ve studii.

Tato obrovská propast naznačuje důležité neprozkoumané otázky v neurovědě a lidském poznávání. „Toto číslo je směšně malé ve srovnání s jakoukoli rychlostí přenosu informací, se kterou se setkáváme v každodenním životě,“ napsali vědci ve studii publikované v časopise Neuron. „Například jsme nesví, když rychlost domácí WiFi sítě klesne pod 100 megabitů za sekundu, protože by to mohlo ohrozit naše potěšení ze sledování pořadů na Netflixu. Mezitím, i když během pořadu zůstaneme vzhůru, náš mozek nikdy nevytěží z tohoto obrovského bitového proudu více než 10 bitů za sekundu.“

Spoluautoři studie Jieyu Zheng a Markus Meister z Caltechu určili tento rychlostní limit výpočtem počtu bitů potřebných k provedení úkolu, jako je skládání Rubikovy kostky nebo zapamatování si pořadí balíčku karet, a vydělením tohoto počtu časem potřebným k provedení každého úkolu. Pro experty na paměť, kteří drží rekordy a dokáží tyto úkoly dokončit během několika sekund, byla rychlost, s jakou zpracovávali informace, zhruba 10 bitů za sekundu.

Studie vyvolává několik otázek o tom, jak a proč lidské mozky filtrují všechny dodatečné informace přijaté nervovým systémem. Jeden neuron se může aktivovat dostatečně rychle, aby přenášel informace rychlostí 10 bitů za sekundu. „Tento jeden neuron dokáže fungovat stejně dobře jako u opice,“ řekl Zheng. „Potřebujete jen jeden neuron k zakódování rozhodnutí ano nebo ne a to stačí k výstupu daného chování. Tak proč k tomu potřebujeme miliardy neuronů, když stále vydáváme signál rychlostí 10 bitů za sekundu?“

Multitasking?

Studie také nabízí vysvětlení, proč lidé nemohou sledovat více myšlenkových pochodů najednou, jako například poslouchat několik simultánních konverzací na večírku. Vědci soudí, že za toto soustředění může být zodpovědná evoluční historie. První nervové systémy u raných zvířat byly zodpovědné pouze za vedení organismu k potravě nebo od nebezpečí, takže musely v danou chvíli učinit pouze jedno rozhodnutí: kterým směrem se vydat. Abstraktnější myšlení sleduje podobné „cesty“ a mohlo zdědit omezení zpracovávat pouze jednu cestu v jednom okamžiku, navrhli autoři studie.

Tým navrhl, že mozek funguje ve dvou simultánních režimech: „vnější mozek“, který přijímá miliony bitů dat, a „vnitřní mozek“, který se zaměřuje na jednu malou část těchto dat najednou. Aby vědci zjistili, jak vnější a vnitřní mozek vzájemně komunikují, budou muset studovat mozky jednotlivců při provádění složitých úkolů, jako je např. řízení auta, které vyžadují, aby lidé často přesouvali svou pozornost na různé aspekty úkolu.

Jak vnitřní mozek řídí úkoly? Jak si vybírá, kterým 10 bitům za sekundu věnujeme pozornost? Opravdu platí, že za každou vyřešenou otázkou ve vědě se vyrojí deset dalších, které je potřeba řešit.

Zdroje:

Can minds persist when they are cut off from the world? | Live Science

Restoration of brain circulation and cellular functions hours post-mortem | Nature

There's a speed limit to human thought — and it's ridiculously low | Live Science