Małpuję, więc jestem człowiekiem. Zadziwiające neurony lustrzane

Mówi się, że odkrycie neuronów lustrzanych jest w neuronaukach przełomem na miarę poznania funkcji DNA przez genetyków. A może nawet jeszcze większym.

Mimowolnie odpowiadamy uśmiechem na uśmiech, nawet jeśli jesteśmy w złym nastroju. „Zarażamy się” ziewaniem. Automatycznie interpretujemy i powielamy cudze gesty i mimikę, potrafimy przeżywać emocje drugiej osoby – cieszyć się jej radością, smucić jej smutkiem. Od dawna zdajemy sobie z tego wszystkiego sprawę, a specjaliści z różnych dziedzin z powodzeniem wykorzystują te zjawiska. Producenci sitcomów starają się wywołać uśmiech na twarzy widza odgłosem śmiejącej się publiczności. Prawdziwe pole do popisu mają eksperci od wizerunku i marketingu, dzięki ich prostym sztuczkom produkty i osoby wywierają na nas pozytywne wrażenie.

Co więcej, bez trudu identyfikujemy cele i zamiary innych osób. Jeśli ktoś pędzi w stronę przystanku, spodziewamy się, że raczej w ostatniej chwili wskoczy do odjeżdżającego tramwaju, a nie nagle stanie i zacznie rozdawać autografy na prawo i lewo. Jeśli podchodzi do bankomatu, to prędzej z zamiarem wypłaty gotówki, niż zrobienia sobie z nim wspólnego zdjęcia. Wchodzi do gabinetu dentysty, bo pewnie chce wyleczyć zęby, a nie kupić nowe buty.

Oczywiście, czasami błędnie interpretujemy cudze intencje. Nie każdy osiłek, który włóczy się za nami ciemnymi ulicami, chce nas okraść lub zamordować. Może po prostu nie umie trafić do domu. Ważne jest to, że zupełnie naturalnie traktujemy innych ludzi jako jednostki intencjonalne, świadomie dążące do realizacji jakichś celów, dokładnie takie same jak my.

Do niedawna nie znaliśmy biologicznych mechanizmów, jakie kryją się za tymi wszystkimi zjawiskami. Ten stan rzeczy zaczął zmieniać się w latach 90-tych ubiegłego wieku za sprawą grupy włoskich naukowców z Uniwersytetu w Parmie, z Giacamo Rizzolattim na czele. Ich odkrycia dosłownie zrewolucjonizowały naszą wiedzę na temat mózgu.

Zaskakujące reprezentacje motoryczno-wzrokowe

Grupa Rizzolattiego prowadziła badania nad aktywnością neuronów z tzw. obszaru F5 w korze mózgowej makaków. Komórki z tego obszaru kontrolują wykonywanie różnych operacji dłońmi na obiektach – m.in. chwytania, przytrzymywania, rozrywania i podstawiania przedmiotów (żywności) do ust. Badanie aktywności komórek nerwowych (tzw. neuroobrazowanie) stanowi podstawę nowoczesnych nauk poznawczych. Do tego celu stosuje się szereg technik (jak np. elektroencefalografia – EEG, funkcjonalny rezonans magnetyczny – fMRI czy pozytonowa tomografia emisyjna – PET), które sprawdzają, czy przez dany obszar mózgu u badanego, podczas wykonywania przez niego jakiejś czynności, przepływa więcej krwi, lub czy obserwowane komórki zwiększają swoją aktywność elektryczną lub metabolizm. Jak się przyjmuje (na ile zasadnie – to intrygujące pytanie z zakresu filozofii nauk poznawczych), takie pobudzenie komórek nerwowych oznacza, że to one pracują nad wykonywanym zadaniem.

Badanym małpom wszczepiono do komórek z obszaru F5 elektrody, które specjalnym dźwiękiem sygnalizowały pobudzenie odpowiednich neuronów. Aparatura „brzęczała” –aktywowały się te same komórki nerwowe – zarówno gdy małpa wyciągała ręce by chwycić pożywienie, jak i wtedy, gdy próbowała złapać żywność ustami. Oznacza to, że w mózgach makaków znajduje się grupa komórek, która koduje abstrakcyjną czynność „chwytania”, niezależnie od tego, która część ciała zostaje do tego celu wykorzystana (naukowcy powiedzą, że grupa komórek koduje „reprezentację chwytania”).

To jednak nie koniec. Włoscy uczeni ze zdumieniem zauważyli, że urządzenie „brzęczy” również wtedy, gdy małpa jedynie obserwuje, jak ktoś inny – kolejny makak lub naukowiec – wykonuje daną czynność. Stąd wniosek, że komórki z obszaru F5 kodują również reprezentacje wzrokowe.

Okoliczności tego odkrycia przeszły już do legendy, choć na dobrą sprawę nie wiadomo, kto jako pierwszy zaobserwował dziwną aktywność około jednej piątej wszystkich komórek z obszaru F5. Mógł to być jeden ze współpracowników Rizzolattiego – Vittorio Gallese, który sięgnął po porcję lodów na oczach podpiętej do aparatury małpy. Zgodnie z inną wersją Leo Fagossi, kolejny z grupy badaczy, wywołał zarejestrowane przez elektrody pobudzenie komórek makaka wyciągnięciem ręki po orzeszka. Jednego specyficznego momentu „eureka!” – jak opisuje historię odkrycia Marco Iacoboni w książce „Mirroring people” – z pewnością nie było. Minęło trochę czasu, zanim naukowcy zdali sobie sprawę ze znaczenia swoich eksperymentów.

Empatia, rozumienie celów i naśladowanie

Odnalezioną grupę komórek uczeni z Parmy nazwali neuronami lustrzanymi. Nie tylko wykonywanie lub oglądanie czynności „chwytania” aktywowało neurony lustrzane. Podobnie było w przypadku czynności określonych przez włoskich badaczy jako „manipulowanie” czy „umieszczanie”. W każdym z tych przypadków zaobserwowano wyraźne pobudzenie innej grupy neuronów z obszaru F5. Co istotne, neurony lustrzane nie reagowały, gdy ktoś jedynie symulował czynność (naukowcy udawali, że łapią nieistniejące jedzenie). Również sama prezentacja osoby czy obiektu, który miałby zostać złapany, nie pobudzała neuronów. Potrzebny był ktoś, kto próbuje naprawdę chwycić przedmiot, umieścić go gdzieś czy manipulować nim – czy to sama małpa podłączona do aparatury, czy ktoś inny, kto robił to na jej oczach. Stąd wniosek, że neurony lustrzane nie kontrolują jedynie sekwencji ruchów, ale są związane z rozumieniem (reprezentowaniem) celów.

Wadliwe działanie systemu neuronów lustrzanych może mieć związek z autyzmem. Osoby autystyczne mają problemy z postrzeganie zachowań jako intencjonalnych. Nie rozumieją, że obserwowany człowiek sięga po filiżankę, by chce napić się kawy. Nie wiedzą, że biegnie na przystanek, by zamierza zdążyć na tramwaj, ani że podchodzi do bankomatu po gotówkę. Trudności w identyfikowaniu celów (lub wręcz całkowity brak takiej zdolności) wywołują dalsze, bardziej poważne konsekwencje. Jeżeli nie widzę, że ktoś podejmuje działania, by coś osiągnąć, nie traktuję go jako jednostki intencjonalnej, posiadającej własną świadomość, czyli nie traktuję go podmiotowo. Jest dla mnie bardziej przedmiotem niż osobą taką jak ja.

Dalsze intensywne badania, prowadzone również na ludziach (w tym przypadku oczywiście obyło się bez wbijania elektrod do mózgu, stosowano nieinwazyjne metody neuroobrazowania), ujawniły kolejne funkcji neuronów lustrzanych.

Kodowana przez neurony lustrzane reprezentacja jest wielowymiarowa (wielomodalna), nie tylko wzrokowa i ruchowa. Część tych samych neuronów lustrzanych aktywuje się za każdym razem gdy ktoś kopie piłkę, widzi jak piłka zostaje kopnięta, słyszy odgłos kopniętej piłki a nawet gdy tylko słyszy słowo „kopać” – podkreśla wspomniany wcześniej Iacoboni. Dlatego śmiech publiczności w sitcomach pobudza nas samych do śmiechu, choć z pewnością bardziej skuteczne byłoby prezentowanie uśmiechniętych twarzy.

Jedną z najistotniejszych funkcji neuronów lustrzanych jest warunkowanie empatii – zdolności do przeżywania emocji drugiej osoby. Emocje całkowicie naturalnie odbijają się na mimice – widzimy grymasy bólu, uśmiechy radości, identyfikujemy przerażenie, wściekłość czy odrazę. Część tych samych neuronów aktywuje się, gdy sami przeżywamy jakieś emocje, jak i wówczas, gdy widzimy emocje innych. Dlatego nie tylko potrafimy rozpoznawać cudze emocje, wręcz po części sami je przeżywamy. Reagujemy uśmiechem na uśmiech i przeszywają nas dreszcze, gdy widzimy cudze cierpienia.

Podczas przeżywania cudzych emocji automatycznie naśladujemy niektóre cudze gesty i mimikę. Neurony lustrzane pozwalają także na celowe naśladowanie – kopiowanie zaobserwowanej sekwencji ruchów, co może mieć fundamentalne znaczenie dla stworzenia i rozwoju kultury.

Neurony lustrzane i kumulatywna ewolucja kulturowa

Zestawianie DNA i neuronów lustrzanych nie jest przypadkowe. Podobnie jak geny, neurony lustrzane mogą być związane z bodaj najważniejszym terminem współczesnej nauki – ewolucją. Tak jak zakodowane w kwasie deoksyrybonukleinowym (DNA) geny odpowiadają za przekazywanie (dziedziczność) cech wrodzonych, tak neurony lustrzane umożliwiają przekazywanie osiągnięć kulturowych. Przynajmniej w koncepcji znakomitego psychologa Michaela Tomasello, szefa instytutu Maxa Plancka w Lipsku.

Tomasello podkreśla, że ewolucja biologiczna, kierowana przez dobór naturalny, nie mogła bezpośrednio wyposażyć współczesnego człowieka we wszystkie złożone funkcje poznawcze – ich rozwój był zbyt szybki jak na mozolny proces ewolucji. Coś innego niż kolejne mutacje genetyczne (jak miało to miejsce w przypadku narządów czy kończyn) musiało doprowadzić do gwałtownego wzrostu zdolności poznawczych. Tym czymś jest przekaz kulturowy.

Wytwory kulturowe – takie jak język, rozwinięte relacje społeczne, najróżniejsze narzędzia i wynalazki – są przekazywane z pokolenia na pokolenie. Żaden z nich nie musi być projektowany od zera. Małe dzieci nie muszą tworzyć nowego języka – sposobu komunikacji uczą się od dorosłych. Nie ma potrzeby wynajdywania koła na nowo ani odkrywania (lub konstruowania, w zależności od wyznawanej filozofii matematyki) twierdzenia Talesa. Podobnie jest z młotem pneumatycznym, podatkiem VAT i ZUS-em – raz skonstruowane nie przepadną bez śladu wraz z nadejściem nowych pokoleń. Poza dyskusyjnymi przypadkami wśród naczelnych różnych od człowieka, tylko Homo sapiens wypracował metodę przekazu dziedzictwa kulturowego kolejnym osobnikom. I to oczywiście na długo przed upowszechnieniem zinstytucjonalizowanej oświaty.

Mało tego, że wytwory kultury nie giną wraz z ich twórcami – są przez następne pokolenia udoskonalane. Tomasello nazywa to „efektem zapadki” – następne jednostki nie cofały się w rozwoju, a tworzyły na bazie opracowanej przez przodków. Kilkadziesiąt tysięcy lat temu ludzi zabijali się drewnianymi maczugami i rzucali w siebie kamieniami, starożytni maczugi zastąpili metalowymi mieczami, a kamienne pociski miotali katapultami. My dzisiaj straszymy się bronią jądrową i możemy ją wystrzeliwać z okrętów podwodnych. W średniowieczu listy przenosiły gołębie pocztowe, współcześnie mamy dysponujące samolotami firmy kurierskie i pocztę elektroniczną.

Setki wieków przed pocztą elektroniczną, okrętami podwodnymi a nawet katapultami ludzie kładli fundamenty pod współczesną cywilizację. Wynaleźli abstrakcyjny, symboliczny język (na bazie bardziej pierwotnej, niewerbalnej komunikacji), złączyli się w coraz bardziej złożone grupy, nauczyli wytwarzać coraz bardziej złożone narzędzia. A co z tym wszystkim wspólnego mają neurony lustrzane?

Zdaniem Tomasello podstawą kumulatywnej ewolucji kulturowej – rozwijania przez kolejne pokolenia otrzymanego dziedzictwa kulturowego – jest zdolność do nauki przez naśladowanie (powielanie sposobu działania) oraz traktowanie innych jako jednostek intencjonalnych, takich jak ja. Tylko dlatego, że potrafimy małpować osobniki z naszego gatunku – w dzieciństwie powtarzamy po nich słowa, ucząc się języka, bawimy się w dorosłych, przygotowując się życia społecznego – jesteśmy w stanie przyswoić sobie nową wiedzę i zdolności. Co więcej, skuteczna kooperacja podczas rozwijania dorobku kulturowego możliwa jest tylko w rozwiniętych grupach społecznych, których nie byłoby bez ludzkiej zdolności do empatii, odczytywania cudzych emocji i współprzeżywania ich. A jak wiemy dzięki badaniom zespołu Rizzolattiego, właśnie za te wszystkie funkcje odpowiadają neurony lustrzane.

Maszyny do imitacji

Ewolucja biologiczna wyposażyła nasz gatunek w zdecydowanie bardziej rozwinięty system neuronów lustrzanych niż inne naczelne. Prawdopodobnie dzięki nim zupełnie naturalnie naśladujemy innych i bez trudu uznajemy innych członków naszego gatunku za jednostki posiadające świadomość, takie jak my. Już noworodki przejawiają pewne zdolności do naśladowania, a małe dzieci, jak podkreśla Tomasello, są wręcz „maszynami do imitacji”.

Być może właśnie to neurony lustrzane gwarantują tak dużą skuteczność przekazu kulturowego, a ten z kolei prowadził rozwoju mózgu i zdolności poznawczych. Nie dzięki temu, że w puli genowej pojawiały się geny kodujące białka kolejnych struktur mózgowych, ale dlatego, że struktury te tworzą się dzięki coraz bardziej wzbogaconemu środowisku, w którym wychowują się kolejne pokolenia.

Słuszności koncepcji Tomasello mogą dowodzić smutne przykłady osób autystycznych i dzieci wychowanych w oderwaniu od społeczeństw. Mimo nierzadkich niezwykłych zdolności artystycznych (szczególnie w przypadku tych pierwszych), chorzy na autyzm lub ludzie wychowani poza społeczeństwem nigdy nie osiągną takiego stopniu rozwoju umysłowego, jak zdrowe dzieci, kształtowane i uczone przez członków własnego gatunku.

Jeżeli teoria niemieckiego psychologa nie jest błędna, neurony lustrzane precyzyjniej niż mutacje genetyczne wyjaśniają mechanizmy, dzięki którym z organizmów niemal identycznych genetycznie z małpami staliśmy się ludźmi. Ludźmi, czyli gatunkiem mówiącym setkami języków, wyznającym religie, rozwiązującym równania różniczkowe, budującym międzynarodowe stacje kosmiczne, piszącym wiersze, oglądającym Ligą Mistrzów, poszukującym boskich cząstek i zdolnym docenić znaczenie neuronów lustrzanych.

Łukasz Kwiatek