Lidé nejrůznějšího věku směřují tento týden do hlavní budovy Akademie ČR v Praze na Národní třídě, aby navštívili přednášky nebo doprovodné akce Týdne mozku. Neurovědci a další odborníci jejích prostřednictvím už tradičně seznamují veřejnost s novými poznatky získanými při výzkumu fungování mozku a centrální nervové soustavy jako takové, jejich poškození, chorob i možností léčby. Program Týdne mozku vrcholí tento víkend.

Videozáznamy přednášek z Týdne mozku 2018 budou v dubnu přístupné na Youtube kanálu Akademie věd ČR.

Plný přednáškový sál například uvítal prof. Aleše Stuchlíka z Fyziologického ústavu AV ČR, jehož oddělení neurofyziologie paměti se dlouhodobě věnuje učení, paměti a kognitivním funkcím, zejména paměti prostorové, a to jak ve zdravém, tak v nemocném mozku. Pozorným posluchačům představil prostřednictvím názorných příkladů, animací a videí některé pokusy zkoumající nejrůznější aspekty orientace v prostoru, strategie používané při navigaci, vytváření a určování povahy tzv. mozkových map a prostorových reprezentací v mysli člověka. Aleš Stuchlík hned v úvodu zdůraznil, že schopnost orientace v prostoru a prostorová navigace, a to hlavně její odvozenější forma, jako je navigace ke skrytým cílům, se v současnosti považuje za podtyp tzv. deklarativní paměti (tedy schopnost si pamatovat fakta a události).

Typickým způsobem, který je často vidět v přírodě a jímž se prostorová navigace může projevit, je, že daný subjekt, ať už zvíře nebo člověk, si dokáže vytvořit zkratku nebo okliku, tedy že si najde nejkratší cestu vedoucí k cíli, aniž by ji třeba už někdy sám prošel. Aleš Stuchlík posléze specifikoval navigaci geografickou neboli zeměpisnou, což je orientace na velké vzdálenosti (typicky migrace a tahy ptáků, želv nebo hmyzu), a uvedl fascinující příklady pozoruhodných migrantů, kteří dokážou putovat mnoho tisíc kilometrů a nejrůznější typy „kompasů“ jež ke své orientaci využívají. Sám Aleš Stuchlík se věnuje spíš topografické navigaci, která se opět člení do následujících skupin.

Prostorová navigace se studuje buď v přirozeném prostředí, nebo v experimentálních podmínkách v laboratorním bludišti, jichž Aleš Stuchlík představil hned několik. Dále popsal některá místa a struktury v mozku, jež souvisejí s prostorovou navigací. Vylíčil, jak vznikají tzv. mozkové mapy, jakým způsobem nervové buňky v mozku mapují náš prostor a jak je tato schopnost narušena při různých neuropsychiatrických onemocněních, jako je Alzheimerova choroba nebo schizofrenie – a jakým způsobem se tyto jevy zkoumají.

Aleš Stuchlík

Jedním z nejmladších oborů poznávání mozku je tzv. optofyziologie. Mgr. Ondřej Novák z Ústavu experimentální medicíny AV ČR vysvětlil, že při ní jde o studium fyziologie pomocí světla a je založena především na fluorescenci.

Pomocí jednofotonové a dvoufotonové fluorescenční mikroskopie se například měří aktivita jednotlivých nervových buněk – neuronů – v mozku, v tomto případě bdělé myši. Současně se vybrané neurony a skupiny buněk dají světelnými pulzy dokonce ovládat – přimět k aktivitě, nebo naopak umlčet. Díky tomu lze poznávat i velmi složité funkce mozku, včetně paměti a emocí, a to až k jednotlivým typům neuronů a jejich propojení. Neurovědcům totiž v současnosti už nestačí vědět, co se děje v nějaké části mozku, ale zajímá je, jak co probíhá v jednotlivých neuronech, které jsou vzájemně pospojovány, jak spolu komunikují na buněčné až sub-buněčné úrovni a neustále dynamicky vytvářejí to, co s v mozku děje, včetně třeba vzpomínek.

Při sledování jednotlivých procesů a aktivit je důležité vědět, jestli je mezi nimi příčinný vztah, tedy kauzalita, nebo jen korelace, čili souvztažnost. Rozlišit to lze podle Ondřeje Nováka pouze tak, že se do systému zasáhne, něco se v něm způsobí a pak se sleduje důsledek. Nejlepším nástrojem k tomu je optogenetika, kdy se pomocí světla dá stimulovat nebo naopak umlčet nějaká definovaná skupina neuronů v živé tkáni. Na dokreslení svých slov Ondřej Novák na videozáznamech ukázal, jak lze pomocí světla ovlivnit chování pokusné myši, její agresivitu, hlad apod.

Ondřej Novák

Doktor David Klusáček z Matematicko-fyzikální fakulty UK v Praze přenesl posluchače do světa umělé inteligence a nabídl přehled jejích historických i současných metod. Představil mj. systémy založené už většinou na teorii pravděpodobnosti, které se dokázaly učit z trénovacích dat. Velkou pozornost věnoval tzv. hlubokým neuronovým sítím, jež v roce 2006 způsobily revoluci v umělé inteligenci – ta podle jeho slov pokračuje dodnes.

David Klusáček

Jednomu z klíčových buněčných typů – tzv. NG2 gliovým buňkám – věnovala vystoupení Ing. Miroslava Anděrová z Ústavu experimentální medicíny AV ČR, a to zejména v souvislosti s regenerací centrální nervové soustavy. Při neurodegenerativních onemocněních mozku totiž ubývají specifické skupiny neuronů – a ty jsou nenahraditelné. Přesto v mozku existují dvě oblasti, tzv. neurogenní zóny, kde mohou nové neurony vznikat.

Pro správnou funkci neuronů hrají významnou roli gliové buňky, jejichž komplikované úlohy jsou předmětem intenzivního výzkumu, jelikož v centrální nervové soustavě plní řadu důležitých funkcí – od výživy neuronů přes zajišťování rovnováhy neuropřenašečů a iontů až po aktivní účast při přenosu signálů v nervové tkáni. Mohou proto významně ovlivnit průběh patologických procesů. Miroslava Anděrová ukázala, že například po ischemickém poškození mozku jsou tyto buňky schopné nejen zvýšené proliferace, tedy sebeobnovy, ale také mohou umožnit vznik jiným buněčným typům.

Miroslava Anděrová

Mimořádnou pozornost vzbudila přednáška prof. Vladimíra Komárka z Kliniky dětské neurologie 2. lékařské fakulty UK a Fakultní nemocnice Motol v Praze na téma neurovývojových poruch, konkrétně autismu, ADHD a vývojové dysfázie. Hovořil o genech a molekulách, které se na jejich vzniku mohou podílet, o pozorovaných změnách ve strukturách mozku, které zde hrají roli, ale také o nových poznatcích týkajících se diagnostických kritérií. Zmínil rovněž příčiny nárůstu výskytu těchto onemocnění a zdůraznil důležitost moderních zobrazovacích technik i genetických metod pro lepší rozpoznávání mozku a jeho onemocnění

Vladimír Komárek

Doktor Jaroslav Hlinka z Ústavu informatiky AV ČR představil teorie sítí jako nový jazyk neurověd – pohyboval se při tom na pomezí neurověd a informatiky, aby ukázal, jak současné zobrazovací metody, včetně magnetické rezonance, přispěly k prudkému rozvoji výzkumu lidského mozku. Neurovědci se tak dnes už neptají pouze na to, co která část mozku dělá, ale zejména na způsob, jakým spolu různé části mozku komunikují. Právě studiem struktury a (dys)funkce systémů na základě jejich propojení se zabývá teorie sítí. Jaroslav Hlinka upozornil, že o teorii sítí se často mluví v souvislosti s tzv. komplexními systémy – což jsou soustavy, které jsou složité tím, že nejsou ani zcela pravidelné, ani zcela náhodné. Takovým systémem je rovněž lidský mozek. Objasnil, jaké otázky si vědec může klást, pokud se na mozek podívá jako na složitý, komplexní systém – a jak může k nacházení odpovědí využít teorie sítí.

Připomněl například motorické, vizuální, jazykové a další mozkové sítě, nabídl obrázek toho, které uzly sítí mají mezi sebou typicky kontakt, jak významné jsou různé prvky (uzly) sítě podle počtu jejich propojení či podle toho, kolik přes ně vede užitečných cest atd. Ukázal, jak lze postupů teorie sítí využít při sledování nejen zdravého mozku, ale i mozku postiženého nějakou chorobou, například depresí, schizofrenií či epilepsií.

Množství dalších témat zahrnutých do Týdne mozku – od paměti přes řeč, sluch, spánek nebo biologické hodiny až třeba po využití virtuální reality pro testování a léčbu duševních onemocnění či vliv barev na náš mozek – ukazuje, do jaké hloubky a šíře se dnes mozek a jeho činnost zkoumá, kolik toho už neurovědci vědí – ale kolik zatím zůstává skryto a nepoznáno. Výzkum však bude nepochybně pokračovat dál, takže věřme, že další ročníky Týdne mozku budou přinášet nové a nové informace o jeho fungování ve zdraví i v nemoci.

Jaroslav Hlinka

Připravila: Jana Olivová, Divize vnějších vztahů SSČ AV ČR
Foto: Pavlína Jáchimová, Divize vnějších vztahů SSČ AV ČR