AUSTRALSKI znanstvenici otkrili su da bi fascinantna moć obrade
podataka u ljudskom mozgu mogla dijelom proizlaziti iz razlika u
strukturi i funkciji ljudskih neurona u odnosu na iste stanice
životinja.
Fascinantna računalna moć ljudskog mozga
Moć ljudskog mozga fascinira znanstvenike od davnina, a jedno od
ključnih pitanja koja se nameću jest što ga čini toliko moćnim i tako
superiornim životinjskim mozgovima.
Stručnjaci procjenjuju da je računalna moć mišjeg mozga oko 100.000 milijuna, odnosno 1011 operacija u sekundi, dok se ljudska procjenjuje na 100.000.000 milijuna, odnosno 1014. Osobna računala danas su sposobna provoditi oko 1012
operacija u sekundi, čime su već nadišla računalnu moć mišjih mozgova, a
očekuje se da bi negdje do 2030. mogla dostići i performanse ljudskih.
Neki stručnjaci procjenjuju da postoji oko 50% vjerojatnosti da će
umjetna inteligencija nadmašiti ljude u svim zadacima kroz 45 godina te
da će sve ljudske poslove automatizirati kroz 120 godina. No to ne znači
nužno da će u skoroj budućnosti jedno jedino računalo imati sve iste
sposobnosti kakve imaju ljudi. Štoviše, nova istraživanja pokazuju da
još mnogo toga ne znamo o mozgu, živčanim stanicama te o njihovim
dijelovima i funkcijama.
Nije sve u veličini
Već je dulje jasno da sposobnosti ljudskog mozga ne proizlaze
isključivo iz njegovih dimenzija. Kada bi bila bitna samo veličina, onda
bi veliki plavetni kitovi, koji imaju četiri puta veće mozgove (8000 cm3) od ljudi (1300 cm3), bili pametniji. Stručnjaci procjenjuju da bi dimenzije mozga mogle biti odgovorne za samo 9 do 16 posto inteligencije.
Postoji određena korelacija između omjera mase mozga i tijela, no ni ona ne smješta čovjeka na vrh. Naime, neki kitovi, dupini i slonovi imaju veći omjer mase mozga u odnosu na tijelo.
Funkcionalna skeniranja, koja se koriste za traženje područja mozga
povezanih s određenim mentalnim aktivnostima, otkrivaju da također
postoji određena korelacija između inteligencije i debljine parijetalne,
sljepoočne i frontalne regije korteksa. Međutim i ta korelacija je
skromna, a usto još uvijek nije potpuno jasno jesu li navedeni čimbenici
uzrok inteligencije ili je uzrok i jednog drugog dublji.
Konačno, danas znamo da se računalna moć mozga također ne može u
potpunosti objasniti ni brojem neurona koje sadrži, iako postoji
određena korelacija između inteligencije i broja neurona. Za
ilustraciju, procjenjuje se da ljudski mozak ima između 16.34 i 21 milijarde neurona, dok u mozgu orke odnosno kita ubojice ima oko 43.1 milijarde neurona.
Čak i pojedinačni neuroni imaju zapanjujuće sposobnosti
Za razumijevanje novog istraživanja australskih znanstvenika važno je
podsjetiti kako izgleda građa neurona i koje su funkcije njegovih
dijelova.
Svaki neuron sastoji se od tijela stanice, dendrita i aksona. Tijelo
stanice sadrži jezgru i okolnu citoplazmu. Dendriti su kraći izdanci
koji se pružaju od tijela živčane stanice i primaju podražaje s osjetnih
organa ili iz drugih živčanih stanica. S druge strane, akson je obično
duži izdanak neurona koji može doseći od nekoliko mikrona do jednog
metra, a prenosi odgovor neurona u obliku novih živčanih podražaja na
druge živčane stanice ili izvršne organe poput mišićnih vlakana ili
žlijezda.
Uobičajeno se smatra da sposobnosti mozga za obradu informacija
proizlaze iz trilijuna veza koje povezuju neurone. No neka novija
istraživanja pokazuju da za bolje razumijevanje računalne moći ljudskog
mozga treba pomnije istražiti pojedinačne neurone i njihove sastavne
dijelove koji sami po sebi imaju veću računalnu moć nego što je do
nedavno bilo zamislivo. Primjerice, jedna studija objavljena 2020. u časopisu Science
pokazala je da pojedinačni dendritički ogranci neurona mogu sami
izvoditi određene izračune i logičke operacije koje su matematički
teoretičari donedavno smatrali nerješivima za jednostavne sustave
sastavljene od jednog neurona; smatrali su da su za to potrebne
višeslojne neuronske mreže.
To znači da razlika između moći mozga životinje i čovjeka ne mora
biti objašnjiva samo brojem neurona i njihovom povezanosti nego da treba
u obzir uzeti i razlike u strukturi i performansama pojedinačnih
neurona i njihovih sastavnih dijelova.
Eksperimenti na živom tkivu mozga
U novom radu, objavljenom u časopisu Cell Reports,
istraživači sa Sveučilišta Queensland (UQ), The Mater Hospital i Royal
Brisbane and Women's Hospital pokazali su da bi uzrok velike računalne
snage ljudskog mozga mogli biti upravo određeni čimbenici u strukturi i
funkciji ljudskih neurona.
Profesor Stephen Williams s Instituta za mozak u Queenslandu objasnio
je da je njegov tim istraživao električna svojstva ljudskih
neokortikalnih piramidalnih neurona koji su sastavni dio neuronske
mreže.
“Kako bismo proučavali ljudske neurone, pripremili smo rezove živog
tkiva iz uzoraka ljudskog neokorteksa prikupljenih od pacijenata koji su
bili podvrgnuti neurokirurgiji radi ublažavanja refraktorne epilepsije
ili radi uklanjanja tumora mozga u dvije bolnice”, rekao je profesor
Williams.
Pojasnio je da su u svojem istraživanju uspoređivali električna
svojstva neokortikalnih piramidalnih neurona ljudi i glodavaca tako što
su radili istovremene električne snimke tijela stanica i njihovih tankih
produžetaka – dendrita.
Australski tim tumači da je u svojem istraživanju potvrdio da
neokortikalni piramidalni neuroni ljudi i glodavaca dijele osnovna
biofizička svojstva.
“Primjerice, pokazali smo da dendriti neokortikalnih piramidalnih
neurona ljudi i glodavaca stvaraju u dendritima natrijeve šiljke, što
ukazuje na očuvanje mehanizma za integriranje tisuća ulaznih signala
koje neuroni primaju. Međutim, otkrili smo da je računalna funkcija
ljudskih neokortikalnih piramidalnih neurona dramatično poboljšana”,
objasnio je profesor Williams.
Koautorica studije dr. Helen Gooch izjavila je da je tim otkrio da je
arhitektura dendritičkih stabala ljudskih neokortikalnih piramidalnih
neurona veća i složenija nego kod drugih sisavaca, poput glodavaca.
“Grananja dendritičkog stabla kod ljudi bila su popraćena stvaranjem
dendritičkih šiljaka na više mjesta, koji su se aktivno širili kroz
neuron kako bi pokrenuli izlazne signale svakog neurona”, rekla je dr.
Gooch.
“Smatramo da bi ovo poboljšanje distribuirane obrade dendritičnih
informacija moglo biti jedan od čimbenika koji povećavaju ukupnu moć
obrade našeg mozga”, dodala je.
Povećanje broja neurona nije nužno dobro
Prof. Srećko Gajović s Hrvatskog instituta za istraživanje mozga
Medicinskog fakulteta u Zagrebu kaže da pripada krugu znanstvenika koji u
svojim istraživanjima proučavaju mišji mozak kao pokusni model za
razumijevanje bolesti ljudskog mozga.
“U tom svojstvu često moram ponavljati očiglednu činjenicu da miš
nije čovjek. Međutim, uvidi koje dobivamo proučavajući molekularne i
stanične osnove djelovanja mišjeg mozga konceptualno nadrastaju male
miševe i primjenjivi su u razmatranju ljudi”, kaže Gajović.
“Mogućnost kreiranja genetski preinačenih miševa omogućuje poremetiti
molekularne odnose tijekom razvoja mišjeg mozga te dovesti do stvaranja
većeg broja neurona ili zadebljanja moždane kore, međutim to ne dovodi
do ‘pametnijeg’ miša, već do specifičnih neuroloških poremećaja kod tih
životinja. To ukazuje da je za zdrav mozak potrebna ravnoteža neuronskih
krugova, a ozdravljenje bi predstavljalo ponovno uspostavljanje ove
ravnoteže. Nije dovoljno imati bolje neurone da bismo postali ljudi, već
uspostaviti kvalitetniju ravnotežu složenog sustava”, tumači naš
neurolog.
Dobri modeli važni su za istraživanje bolesti i pronalaženje lijekova
Ističe da evolucijski napredak čovjeka u odnosu na miša definitivno
nije temeljen samo na većem broju građevnih jedinica, već i na
kvalitetnom skoku integracije i obrade informacija.
“Ovo novo istraživanje također tvrdi da ljudski neuroni, osim što
dijele biološke zakonitosti s drugim vrstama uključujući miševe, na
bolji način obrađuju informacije. Ako želimo razumjeti ljudske bolesti,
trebamo se domisliti kako uvide koje dobivamo na miševima provjeriti na
pokusnim modelima koji bi uključivali ljudske stanice i tkiva. Ovaj
izazov nije uopće lak, pogotovo ako se bavimo ljudskim mozgom, ali je
dio mukotrpnog puta u pronalaženju lijekova za bolesti ljudskog mozga,
lijekova koji bi zaštitili neurone od oštećenja (neuroprotekcija) ili ih
obnovili (neurorestoracija)”, zaključuje Gajović.
Index