Gediminas Zemlickas

Regos sistema mums asocijuojasi su vaizdu, tačiau Skirmantas Janušonis kalba ir apie vaizdo neformuojančią regos sistemą, kuriai savo tyrimuose skiria ypatingą dėmesį. Iš tikrųjų gyvų padarų regos sistema yra gerokai sudėtingesnė, negu kartais įsivaizduojame. Žinoma, kad akies tinklainė padengta keliais neuronų sluoksniais. Paskutinis sluoksnis – tai ganglinės ląstelės, kurios siunčia galutinį apdorotą signalą į smegenis. Tyrinėjamos ir iš tos akies einančios neuronų ataugos.

Kas ta vaizdo neformuojanti regos sistema?

Antai vėlyvą darganotą rudenį kai kuriems žmonėms blogėja nuotaika, apima neaiški depresija, kuriai lyg ir nėra jokios priežasties ir paaiškinimo. Kraštutiniu atveju kai kuriems asmenims net kyla noras nusižudyti. Kuo čia dėta rega? Pasirodo, jog viena iš šios depresijos priežasčių – pernelyg mažas aplinkos, kurioje gyvena žmogus, apšviestumas. Taigi ir taikoma gydymo priemonė – šviesos poveikiu. Jeigu žmogus veikiamas atitinkamu šviesos kiekiu, depresijos simptomai gerokai susilpnėja. Štai čia ir tenka kalbėti apie regos sistemos reakciją į apšviestumą. Į jį regos sistema nuolat reaguoja ir pagal jo lygį moduliuoja smegenų veiklą. Jeigu ši veikla sutrinka, dėl nepakankamo apšvietimo žmogų gali apnikti gili depresija. Tai tam tikra smegenų veiklos būklė, kurią galima ir tenka reguliuoti.

Kitas ne mažiau įdomus dalykas – biologinis laikrodis. Jis tūno smegenyse, į jį ateina neuronų ataugos tiesiai iš akių. Iš akių eina du nervai: iš kairiosios akies dalis nervo eina į dešinįjį smegenų pusrutulį, dalis - iš dešiniosios į kairįjį. Šiek tiek aukščiau tos vietos, kur nervai smegenyse kryžiuojasi, yra tam tikras neuronų “telkinukas” – branduoliukas. Čia ir “tiksi” biologinis laikrodis, kurio funkcijos, pvz., žmogaus organizme yra labai svarbios, galimas dalykas, ne visai ištirtos.

Biologinis laikrodis “tiksi” pagal savo vidinį ritmą, tačiau regos sistema, pasirodo, į smegenis siųsdama tam tikrus signalus, padeda tam vidiniam laikrodžiui teisingai į vieną ar į kitą pusę pasukti rodykles, t. y. prisiderinti prie aplinkos.

O jeigu žmogus – neregys, ir dar nuo pat gimimo nematąs šviesos? Tada prisitaikyti prie aplinkos jam padeda jau ne regos impulsai. Yra pakaitalas. Smegenyse daugybė “įėjimų”. Standartinis “įėjimas” – akis, tačiau vidinis biologinis laikrodis gali būti derinamas ir per motoriką, t. y. per žmogaus judėjimą, kiek jis aktyvus vienu ar kitu paros metu.

Taigi biologinis laikrodis, kuris veikia tam tikrame neuronų “telkinuke” – branduolyje, “domisi” būtent laiku. Galimas dalykas, kad šio darinuko tyrimai dar atskleis ne vieną smegenų veiklos paslaptį. Galbūt pakis ir klasikinis regos sistemos veiklos supratimas, kaip ją ligi šiol įsivaizdavo neurobiologai.

Vaizdas gimsta ne akyse, bet smegenyse, kurios pasinaudoja iš akių gaunamais signalais. Kiek tas smegenų suformuotas vaizdas atitinka realybę? Kiek visa tai, ką matome, atitinka tikrovę? Juk į tą pačią patalpą, kurioje sėdime ir postringaujame, įleisk bitę ar kitą vabzdį, ir jis matys visai kitą vaizdą. Jam tai bus taip pat realybė, ir, ko gero, nė kiek ne prastesnė už žmogaus suvokiamą. Tad kuri iš tų realybių tikroji? Yra daugybė būdų surinkti pasaulį iš įvairių realybės “gabalų” ir šitaip jį “matyti”. Skirtingos smegenys kuria skirtingą pasaulio vaizdą. Taigi realybė egzistuoja, bet ar adekvačiai ją suvokiame? Tai atviras klausimas.

Žinoma, mėginau Skirmantą Janušonį kvosti, kuo novatoriškas požiūris į regos sistemos veiklą skiriasi nuo tradicinio? Juk tinklainė su kolbelėmis ir lazdelėmis lieka kaip buvusi, tad kas yra naujo? Pašnekovas sutinka, kad klasikinis, arba “mokyklinis”, aiškinimas iš esmės lieka teisingas. Tačiau pradėjus giliau tyrinėti tinklainėje vykstančius procesus, paaiškėjo, jog jie nepaprastai sudėtingi. Kuo giliau tyrinėjama, tuo daugiau neaiškumų, į kuriuos klasikinė regos aiškinimo sistema atsakymo nepateikia. Tinklainė – lyg mikroprocesorius: labai sudėtingas, su gausybe ryšių, signalo perdavimo reiškinių. Tie tinklainėje vykstantys procesai ištirti labai mažai, kadangi ir techniškai prie tos tinklainės nėra lengva prieiti – prie tokios plonytės membranos įvesti elektrodą ir matuoti potencialo pokyčius itin sudėtinga.

Tinklainė nuolat siunčia į smegenis vadinamuosius “spaikus” (angl. spike) – tam tikrus “pyptelėjimus”, neurono teikiamus trumpus impulsus. Tinklainės potencialas membranos viduje ir išorėje nuolat kinta, signalai moduliuojami “spaikų” dažniais. Štai šiuos kodinius signalus ir gauna smegenys, pagal juos kuriančios pasaulio vaizdą.

Kvazineuronas – dar ne visai neuronas

Tad kiek tie 30 metų senumo darbai gali būti naudingi šiuolaikinei neuroninių tinklų teorijai? Pasak Skirmanto Janušonio, neurotinklų teorija, įvairių algoritmų paieškos ir tie patys perseptronai dar naudojami įvairiuose vadovėliuose kaip gana geras modelis. Pasiekta nemažos pažangos, kaip tie modeliai gali būti taikomi praktiškai, tinklai “treniruojami”, kad save apmokytų, organizuotų ir pan. Tik visa bėda, kad neuroninių tinklų teorija vis dar atsieta nuo neurobiologijos kaip gyvos sistemos. Kiek tobuli bebūtų kvazineuronai, bet neuroninių tinklų teorijoje jie lieka vis viena labiau “kvazi”, negu neuronai. Jų ryšys su tikrais neuronais, taigi ir su eksperimente tiriamais reiškiniais, labai mažas. Tačiau tie kvazineuronų modeliai nėra beverčiai tol, kol juos naudojantis žmogus suvokia, kad tai nėra realūs neuronai, bet tik tam tikras pakaitalas.

Antra vertus, ir neurobiologijoje, tvirtina Skirmantas Janušonis, labai stinga būtent geros, gražios teorijos. Nėra ir tokios eksperimentinės aparatūros, kuri padėtų tyrinėtojui smegenis padalyti į labai mažas daleles. Šiuolaikiniai tomografai gali skenuoti tegu ir kiek mažesnius kaip 1 mm³ gabalėlius – tokia rezoliucija pasiekiama, bet to jau nepakanka. Neurobiologui toks gabalėlis – tai ištisa visata. Skirmantas kelerius metus praleido tirdamas 3 mm³ dydžio sritį smegenyse, ir toli gražu negali pasakyti, kad viską apie tą lopinėlį jau sugeba pasakyti. Toli gražu. Skirmantas tiria aksonus – neurono ataugas. Kiekvienas neuronas turi aksonus, kurių ilgis nuo milimetro dalies iki 1-1,5 m, per aksonus plinta nerviniai impulsai iš neurono į kitus neuronus ar organus. Lietuvis tyrinėja, kaip iš tinklainės neuronų signalai plinta į tam tikras smegenų vietas, kurios susietos su įvairiomis organizmo funkcijomis. Nagrinėjant, kur tie signalai “keliauja”, galima nemažai suprasti ir apie signalų paskirtį, funkcinę reikšmę.

Reikia turėti mintyje (nors neurobiologai apie tai kalba ne itin dažnai), kad iki šiol eksperimentuose mėginant nustatyti, kaip regos sistema analizuoja pasaulį, paprastai būdavo naudojami anestezuoti gyvūnai. Priežastis paprasta: gyvūnui judant, spurdant, sunku jo galvoje išlaikyti elektrodus. Elektrodas galvoje turi būti labai stabilus, antraip naudingus signalus tektų išskirti iš didžiulio triukšmo. Tačiau anestezuoto ir įprastos būklės gyvūnėlio regos sistemos veiklos ypatumai – gal ne visai tas pat.

Tad gal šiems tyrimams geriau naudoti matematinio ar kompiuterinio modeliavimo metodus? Pasak Skirmanto, tie metodai taikomi, bet regos sistema tiek sudėtinga, turi tiek nežinomųjų, kad eksperimentas gerokai skiriasi nuo teorijos. Viename neurone yra keliasdešimt tūkstančių sinapsių, t.y. įėjimų. Kiekvienoje sinapsėje yra baltyminiai receptoriai, kurie gavę signalą, pasirodo, keičia, moduliuoja save. Keičiasi ir receptorių voltamperinės charakteristikos. Receptorius gali keisti savo padėtį neurono membranoje, jis tarsi gyvas. Viskas juda, keičiasi ir niekad negrįžta į tą pačią būklę. Pats signalas keičia sistemą. Tuo gyvo organizmo regos sistemoje vykstantys procesai skiriasi nuo, pvz., procesų mikroschemoje.

Į mikroschemos įėjimą padavę signalą išėjime gausime atitinkamą ir visada tą patį signalą. Tokia mikroschemos paskirtis – patikimai perduoti signalą. Kitaip yra signalui iš akies einant į smegenis. Šiuo atveju “mikroschema”, t. y. pati signalo perdavimo sistema, jos struktūra keičiasi kartu su signalu. Struktūra priklauso nuo signalų, atspindi jų “istoriją”. Vėliau ateinantys tokie pat signalai gali duoti visiškai kitą rezultatą, negu prieš tai buvę. Tarsi gyva būtybė, neuronas pats save keičia. Iš to begalinis reiškinio sudėtingumas.

Lietuvos jaunimui, norinčiam stoti į JAV universitetų doktorantūrą, bus naudinga susipažinti su Skirmanto Janušonio patirtimi. Pateikiame jo internetinio puslapio adresą: Skirmantas Janusonis, Ph.D. student Neuroscience and Behavior Program University of Massachusetts Amherst Home page: http://www-unix.oit.umass.edu/~skirma/SJ/sj.html