Poszukiwanie języka w mózgu

Jednym z przejawów wyjątkowości człowieka jest mowa, którą Arystoteles uczynił wręcz naszą cechą definicyjną. Człowiek to więc „zwierzę władające mową” (zoon logos echon). Wieloznaczny wyraz ­logos dla Greków oznaczał też rozum, dlatego w przekładach łacińskich utarło się to określenie tłumaczyć jako animal rationale – zwierzę rozumne.

Nowożytność i współczesność daleko od takiej oceny mowy nie odchodzi. Kartezjusz sądził, że mechanicznie wyjaśnić można wszelkie cechy cielesne, fizjologiczne i emocjonalne człowieka, lecz nie jego racjonalną mowę. Miało być tak dlatego, że nie można zbudować automatu, który by prowadził rozumny dialog. W XX w. matematyk Alan Turing, idąc śladami Arystotelesa i Kartezjusza, uznawał, iż wskaźnikiem inteligencji jest właśnie rozumna mowa – gdybyśmy zbudowali automat, którego w rozmowie nie da się od człowieka odróżnić, mielibyśmy do czynienia ze sztuczną inteligencją.

Turing jednak uważał już, że jest to całkowicie wykonalne, gdyż mowa ma podłoże materialne i mechaniczne. Zanim bowiem Turing sformułował program całkowicie mechanicznego wyjaśniania myślenia, nad kartezjańskim dualizmem ciała i duszy musiał zatriumfować materializm.

Byt ducha w kości

Jeden z kluczowych argumentów za rolą mózgu w myśleniu pojawił się już w XVIII w. Sformułował go uznawany za skrajnego materialistę Julien Offray de la Mettrie, który, orientując się dobrze w ówczesnej wiedzy medycznej, w swoim radykalnym dziełku „Człowiek maszyna” zauważył, że gdyby ciało nie miało nic wspólnego z myśleniem, to dziwne byłoby, że myślenie ustaje, gdy śpimy bez snów, że osłabia się w upojeniu alkoholowym czy po zażyciu opium, że wreszcie zostaje zaburzone, gdy mózg doznaje zaburzenia. Później, w XIX w., idea, że uszkodzenia mózgu mogą dać nam pogląd na podstawy myślenia – i rozumu – przebija się pod wpływem systematycznego badania czaszki i urazów mózgu.

Na początku XIX w. zaczynają się próby systematycznego korelowania cech mózgu i przejawów myślenia. Ma do tego służyć badanie kształtu czaszek i wnioskowanie na ich podstawie o ludzkich predyspozycjach. Franz Gall, twórca tzw. frenologii, bronił hipotezy, że poszczególne władze umysłowe są ściśle zlokalizowane w określonych fragmentach mózgu. Te fragmenty zaś mogą być mniej lub bardziej rozwinięte, co może odpowiadać obserwowanym zdolnościom umysłowym czy nałogom. Doprowadziło to do rozkwitu, zwłaszcza w USA, ale także i w Europie, całego frenologicznego przemysłu: mierzono wypukłości na czaszce, chcąc wnioskować o umysłowych predyspozycjach jej posiadacza, a Hegel dworował sobie z pomysłu, że „bytem ducha jest kość”. Frenologia łączyła w sobie zupełnie rozsądny pomysł, że nauka powinna posługiwać się metodami pomiarowymi, z zupełnie fantastycznymi koncepcjami lokalizacji i podziału władz umysłowych, co ilustruje diagram wg Alexandre’a Ysabeau (na sąsiedniej stronie).

Frenologia okazała się niewiele więcej warta od astrologii, chiromancji czy wnioskowania o charakterze z rysów twarzy. A książeczki frenologów, mające ułatwić rodzicom wybór kariery dla swoich pociech, obejmowały wróżenie z kształtu rąk czy rysów twarzy, często na dodatek okraszone rasizmem czy mizoginizmem.

Dwa ośrodki

Pomiary czaszki mogłyby mieć większy naukowy sens, gdyby dało się je systematycznie wiązać z obserwacjami zaburzeń umysłowych. Lecz frenologia miała już tak złą sławę, że francuski lekarz Paul Broca, który zajmował się pacjentem ze specyficznym zaburzeniem w wyniku urazu mózgu, gwałtownie się od niej odżegnywał. Pacjent ten, Louis Victor ­Leborgne, cierpiał na padaczkę i Broca poznał go, gdy ten był w stanie bardzo ciężkim. Zwany był również „tan tan”, gdyż tylko to był w stanie powiedzieć. Rozumiał jednak wszystko. W 1861 r. do gabinetu Broki trafił inny, 84-letni pacjent, Lelonga, który miał nieco więcej szczęścia – mógł wypowiedzieć pięć słów. Tego rodzaju zjawisko nazwano „afazją Broki” – zaburzeniem możliwości wypowiadania mowy przy jednoczesnym zachowaniu jej rozumienia. Po sekcji zwłok okazało się, że obaj pacjenci mieli uszkodzone specyficzne obszary mózgu, które powiązano z zaburzeniami mowy i nazwano na cześć ich odkrywcy „ośrodkiem Broki”.

Wyniki badań Broki zainteresowały urodzonego w Tarnowskich Górach niemieckiego psychiatrę Karla Wernickego, który zauważył, że zaburzenia mowy nie zawsze są związane z urazami w obszarze Broki. Co ciekawsze, w 1873 r. odkrył zaburzenie odwrotne – polegające na umiejętności wypowiadania się, przy jednoczesnym zaniku rozumienia mowy. Za to zaburzenie odpowiadało uszkodzenie tylnej trzeciej części zakrętu skroniowego górnego w lewej półkuli. Ten obszar nazwano później „ośrodkiem Wernickego” (zob. infografika poniżej).

Po tych odkryciach posypały się następne. Odkrywano kolejne rodzaje afazji, czyli zaburzenia mowy, i kolejne odpowiedzialne za nie ośrodki. Okazało się, że równie ścisłą lokalizację mogą mieć też ośrodki, których uszkodzenie skutkuje zaburzeniami czytania. Wielu ówczesnych badaczy doszło do wniosku, że cały mózg złożony jest ze struktur wyspecjalizowanych w konkretnych zadaniach poznawczych. Prace nad poznawaniem kolejnych kluczowych ośrodków przyspieszyły w wyniku wybuchu I wojny światowej – bardzo wielu żołnierzy zostało postrzelonych w głowę. Dla neurobiologów hołdujących idei „wąskiej lokalizacji” były to istne krwawe żniwa.

Mapy mózgu wyszczególniające położenie różnych ośrodków sporządził niemiecki psychiatra Karl Kleist w 1934 r. Można byłoby sądzić, że oto oskarżana o pseudonaukowość frenologia została przynajmniej częściowo zrehabilitowana. W dodatku obydwa ważne ośrodki związane z językiem znajdują się w korze mózgowej, która jest częścią istoty szarej mózgu. Jak sama nazwa wskazuje, kora jest na powierzchni mózgu – czyli blisko czaszki. Chociaż więc Gall mylił się, że rozrost ośrodka w korze może doprowadzić do uwypuklenia się czaszki, to jednak dałoby się bronić idei, że to w niej kryje się klucz do wyjaśnienia zagadki mowy i rozumu.

A może cały mózg?

Jednak już w XIX w. hipoteza wąskiej lokalizacji była krytykowana przez wpływowych neurobiologów, z Johnem Hughlingsem Jacksonem (1835–1911) na czele, którzy nie przeczyli istnieniu zaburzeń związanych ze ściśle zlokalizowanymi uszkodzeniami, lecz podkreślali, że procesy umysłowe można lepiej zrozumieć w świetle ich całościowej organizacji, a nie tylko lokalizacji. Mowa zależy więc wedle tej konkurencyjnej hipotezy od funkcjonowania całego mózgu.

W najskrajniejszej wersji odrzucano wręcz świadectwa na rzecz lokalizacji, twierdząc, że liczy się raczej skala uszkodzenia, a nie jego położenie. Tej idei bronił m.in. laureat Nagrody Nobla, neurobiolog Charles Sherrington (1857–1952) i wpływowy psycholog Karl Lashley (1890–1958). Ten ostatni przeprowadził spektakularne badania nad procesami zapamiętywania u szczurów, coraz bardziej niszcząc ich mózgi. Zaobserwował jednak tylko stopniowe obniżenie umiejętności znajdowania dróg w labiryncie. Wywnioskował więc, zupełnie błędnie, że liczy się tylko ilość tkanki mózgowej, a nie to, gdzie się ona znajduje i w czym specjalizuje. Ba, sądził, że nie ma mowy o żadnego rodzaju specjalizacji. Jego stanowisko określa się mianem hipotezy „ekwipotencjalności” – zgodnie z nią wszystkie obszary kory mózgowej mogą realizować dowolne funkcje.

Podejścia Lashleya nie podważyły nawet kolejne odkrycia dokonane po II wojnie światowej, w wyniku której znowu w ręce neurobiologów trafiły kolejne tysiące żołnierzy z postrzałami głowy. Okazywało się jednak, że uszkodzenia potrafią się cofać. Dzięki trwającej ponad ćwierć wieku rehabilitacji u wybitnego radzieckiego neuro­psychologa, Aleksandra Łurii (1902–1977), postrzelony w 1943 r. w głowę lejtnant Zasiecki z wolna przezwyciężał utratę pamięci i innych umiejętności, w tym umiejętności pisania i wypowiadania się. Łuria dokonał wyboru z ponad 3 tysięcy stron pisanego automatycznie pamiętnika Zasieckiego i opublikował w postaci krótkiej, wstrząsającej książeczki „Świat utracony, świat odzyskany”. Jest ona zarazem świadectwem plastyczności ludzkiego mózgu.

Łuria jednak nie uważał, by mózg miał charakter zupełnie niezróżnicowany, jak chciałby Lashley. Lashley po prostu nie wiedział, jak dobrze przeprowadzić eksperymenty, gdyż nie znał się na anatomii mózgu. Łuria zaś uważał, że złożone procesy psychiczne nie mają postaci prostej pary bodziec–reakcja, przebiegającej w prostym mechanizmie, który odkrył już Kartezjusz, a mianowicie w łuku odruchowym. Przeciwnie, są to złożone układy funkcjonalne, dzięki którym może następować częściowa kompensacja przy zaburzeniach funkcjonowania mózgu. Bronił takiej koncepcji funkcjonowania mózgu już w latach 60. XX w., lecz poza ogniskowymi uszkodzeniami mózgu trudno było wskazać empiryczne dowody na jej słuszność.

Od obrazowania do modułów

Wróćmy do kwestii pomiaru. Dopiero mogąc przeprowadzić odpowiednie pomiary czynności żywego mózgu, można potwierdzać hipotezę, że dany jego ośrodek odpowiada za jakieś procesy psychiczne. Można oczywiście wprowadzać do mózgu elektrody, aby rejestrować impulsy nerwowe. To świetnie sprawdza się przy zwierzętach. Lashley nie stosował elektrod, a gdyby to czynił – i czynił z głową – mógłby przekonać się o istnieniu map poznawczych zlokalizowanych w hipokampie. Za odkrycie lokalizacji tych map głównie tymi metodami w 2014 r. Nagrodę Nobla otrzymali John O’Keefe oraz May-Britt i Edvard Moserowie (a badania te prowadzono już od lat 70. – komisja noblowska jest nierychliwa).

Sęk w tym, że tego rodzaju eksperymenty z elektrodami w mózgach nie wydają się szczególnie bezpieczne dla ludzi, więc stosuje się je (przede wszystkim w celach diagnostycznych) głównie u osób chorych, które zwykle, podobnie jak żołnierze, mają wiele różnych uszkodzeń jednocześnie.

W połowie XX w. do tego arsenału metod pomiarowych doliczyć należało jeszcze elektroencefalografię (EEG), czyli bezinwazyjny pomiar aktywności elektrycznej na skórze głowy, oraz pneumoencefalografię, która polegała na zastąpieniu części płynu mózgowo-rdzeniowego tlenem. Niestety, ta ostatnia była niesłychanie bolesna dla pacjentów i wiązała się z ryzykiem powikłań. Dopiero w latach 80. całkowicie ją zarzucono dzięki pojawieniu się innych metod pomiaru opartych na tomografii i rezonansie magnetycznym. Te metody, zwłaszcza fMRI, czyli funkcjonalny rezonans magnetyczny, bezpieczny i bezinwazyjny, a także coraz dokładniejszy, okazały się rewolucją.

I to właśnie rewolucyjne wykorzystanie metod obrazowania, mimo że mniej precyzyjne od wprowadzania elektrod bezpośrednio do mózgu, doprowadziło do renesansu wąskiej hipotezy o lokalizacji zdolności umysłowych. W 1983 r. filozof Jerry Fodor opublikował prowokacyjną książeczkę z frenologicznym obrazkiem na okładce. Bronił w niej koncepcji, że władze psychiczne Franza Galla to wcale niegłupi pomysł. Wręcz przeciwnie, istnieją w mózgu ośrodki działające zwykle automatycznie i obligatoryjnie, zlokalizowane w określonych miejscach, izolowane od reszty systemu i wrodzone. Te ośrodki to moduły – jednostki funkcjonalne wyspecjalizowane w przetwarzaniu określonego rodzaju informacji. I tak na przykład moduły odpowiadają za to, że nie jesteśmy w stanie zobaczyć, iż w kinie na ekranie wyświetla się pokaz slajdów, gdyż moduł automatycznie analizuje informacje wzrokowe, doprowadzając do powstania złudzenia ruchu. Zdaniem Fodora moduł odpowiada też za rozumienie i wypowiadanie mowy. Żeby się o tym przekonać, wystarczy posłuchać dźwięków mowy – albo nawet dowolnego nagrania z ludzką mową. Nawet jeśli nie znamy języka, w którym ktoś mówi, automatycznie wiemy, że to dźwięki mowy artykułowanej.

Taka wizja mózgu doskonale pasowałaby do odkryć Broki i Wernickego. Dwa osobne moduły, jeden odpowiedzialny za rozumienie, drugi za produkcję języka. Co więcej, jeśli rację ma Noam Chomsky, to językowe zdolności są uniwersalne dla człowieka, a predyspozycje do opanowywania gramatyki – wrodzone. Jeśli rozumiemy język jako strukturę, do przetwarzania której przystosowane są wyspecjalizowane mechanizmy, to mogłyby nimi być właśnie moduły. Rzecz jednak okazuje się nieco bardziej skomplikowana i po myśli raczej Łurii niż frenologów czy Fodora.

Rozpad wizji modularnej

Oto w 2007 r. opublikowano wyniki badań mózgów pacjentów Broki wykonane na zachowanych czaszkach za pomocą rezonansu magnetycznego. Okazało się, że uszkodzenia były znacznie bardziej rozległe i w obu przypadkach obejmowały też pęczek podłużny górny, łączący przednie i tylne ośrodki języka. Wcześniejsze badania zaś wskazywały, że uszkodzenia samego ośrodka Broki nie prowadzą do trwałej afazji. To podważa nieco hipotezę modularności.

Co gorsza, jak się okazuje, wśród neurobiologów wcale nie ma zgody co do samej lokalizacji obu ośrodków w mózgu, zwłaszcza ośrodka Wernickego. Wynika to stąd, że co najmniej od lat 70. XX w. powszechnie definiuje się lokalizację tego ośrodka przez jego funkcję – to jego uszkodzenie ma odpowiadać za zaburzenie rozumienia mowy. Stąd też bywa przenoszony w różne obszary mózgu.

Nasza znajomość anatomii mózgu znacznie się pogłębiła od XIX w. i wiadomo już, że oba ośrodki, Broki i Wernickego, nie są jednorodne pod względem struktur komórek ani włókien nerwowych wychodzących od sąsiadujących obszarów. Nie mają też bynajmniej jednorodnej funkcji, gdyż przetwarzanie języka zależy od działania bardzo wielu innych obszarów mózgu: do trwałej afazji prowadzą chociażby uszkodzenia półkuli dominującej w okolicy szczeliny Sylwiusza, leżącej między nimi, czego model Wernickego nie uwzględnia. Ten model, nieco zaktualizowany przez Normana Geschwinda w 1972 r., opisuje tylko dwa ośrodki języka, pomija istnienie struktur podkorowych (choć Wernicke o nich pisał), a wreszcie zupełnie nie uwzględnia roli istoty białej, czyli połączeń między neuronami. Klasyczny obraz opisuje wyłącznie struktury w istocie szarej mózgu.

Dzisiejsze hipotezy na temat funkcjonowania mózgu zmierzają raczej do wniosków bliższych temu, o czym pisał już Łuria. Coraz bardziej wpływowa jest koncepcja Michaela Andersona, który twierdzi, że ośrodki mózgu powstają na drodze „ewolucyjnego recyklingu”: istniejąca struktura funkcjonalna przejmuje z czasem nowe role, a organizacja mózgu nie daje się tak łatwo poszatkować na osobne i niezależne moduły. Anderson zatytułował swoją książkę z 2014 r. „After Phrenology”, czyli „Po frenologii” – co dobrze oddaje ducha dzisiejszej neuronauki.

Praca Andersona przedstawia wyraźnie niemodularną wizję mózgu – ośrodków organizujących się w funkcjonalne koalicje, a nie trwających w izolacji od siebie. Jego zdaniem procesy komunikacyjne są pewnego rodzaju działaniami społecznymi. Rzeczywiście, niezależnie od trudności w ścisłej lokalizacji ośrodka Broki, pojawiają się hipotezy, że pierwotnie przystosowany był on do koordynacji działań, a dopiero potem w biegu ewolucji przejął funkcję zawiadywania komunikacją.

Żywe pismo czy wrodzone formy

Choć nie ulega wątpliwości, że ogniskowe uszkodzenia mózgu mogą zaburzać funkcje językowe, modularna wizja staje się coraz mniej wiarygodna. Mózg jest organem cechującym się nieustanną aktywnością, także we śnie, a jego funkcją jest nie tylko myślenie, ale też działanie. Zaburzenia mózgu uświadomiły nam, że rozumienie języka to wyraźnie inny proces niż wypowiadanie się w nim. A badania nad zaburzeniami czytania – z powodu których nawet najbardziej inteligentne dzieci mogą okazać się dyslektykami i mieć ogromne trudności z automatycznym składaniem liter alfabetu w słowa – pokazują, że mowa i pismo wymagają współpracy rozmaitych ośrodków mózgowych.

W przypadku neurobiologii języka nierozstrzygnięty pozostaje jednak spór, czym jest on sam. Wiadomo, że inne zwierzęta nie mają tak złożonego systemu komunikacji: nie umieją opanować chociażby zdolności wypowiadania zdań o złożonej strukturze. Niektóre umieją jednak łączyć symbole i komunikować swoje potrzeby. Można jednak spierać się o to, czy język naturalny – taki jak polski czy francuski – jest jednolitym systemem, którego gramatykę dałoby się opisać w spójny sposób. A od tego rozstrzygnięcia zależeć będzie też to, jak postrzegać będziemy przetwarzanie języka: czy są to nieco krótkotrwałe koalicje ośrodków koordynujących społeczną komunikację, czy też raczej stosunkowo stabilne mechanizmy analizujące i generujące złożone reprezentacje symboliczne? Neurobiologia mózgu nie odpowiada na te pytania, ale ani psychologia, ani lingwistyka same ich też nie rozstrzygną.

Wiadomo jednak, że ludzki język nie może zostać sprowadzony do zdolności samego tylko mózgu – bez istnienia stabilnych praktyk kulturowych, dzięki którym się go uczymy, a więc bez innych ludzi, języka nie opanujemy.

Jest on czymś, co łączy nas z innymi, umożliwia ścisłe rozumowanie i myślenie, ale nie znajduje się w takim czy innym miejscu w czaszce – mimo że bez mózgu nikt jeszcze nie mówił rozumnie. ©

Autor jest filozofem, kognitywistą i tłumaczem. Profesor nadzwyczajny w Zakładzie Logiki i Kognitywistyki w Instytucie Filozofii i Socjologii PAN.

Afazja Wernickego

Model afazji według Wernickego z jego oryginalnej pracy z 1874 r. (nie jest jasne, dlaczego Wernicke rzutował połączenia na prawą półkulę; język u osób praworęcznych zlokalizowany jest w lewej).

F – płat czołowy, T – płat skroniowy, O – płat potyliczny, C – bruzda środkowa, S – szczelina Sylwiusza, A1 – ośrodek Wernickego, główne zakończenie nerwu słuchowego, A – wejście nerwu słuchowego do rdzenia przedłużonego, B – ośrodek Broki, zakończenie nerwów motorycznych odpowiedzialnych za mowę (w oryginalnym artykule brak wyjaśnienia, co oznacza b1). Przerwanie połączeń na drodze aa1–bb1 powoduje afazję.