Neurony lustrzane. Odczytują intencje czy tylko kopiują ruchy?

Jednym z największych, wciąż nie w pełni docenianych, odkryć końca XX wieku było stwierdzenie przez Giacomo Rizolattiego, że obserwacja ruchów innych osób wywołuje naśladowcze odpowiedzi w szlakach motorycznych obserwatora, a zjawisko to jest wywołane przez szczególny układ neuronów, zwanych neuronami lustrzanymi [Rizzolatti & al., Cognitive Brain Research 1996, 3, 131,; Rizzolatti & Sinigaglia, Nat. Rev. Neurosci.2010, 11, 264]. Obecnie wiadomo, że odtwarzają one swoisty program motoryczny kodujący obserwowane działania, lekko pobudzając odpowiednie neurony, nie powodując jednak żadnego ruchu u obserwatora. Znaczenie tego podprogowego pobudzenia motorycznego, ułatwiającego potem wykonanie ruchu, nie było jasne: pewni uczeni sądzili, że taki rezonans motoryczny u obserwatora powoduje bezpośrednie kodowanie tego działania i umożliwia natychmiastowe zrozumienie zamiaru związanego z obserwowaną czynnością (na przykład zrozumienie intencji uśmiechu), podczas gdy inni uważali, że chodzi tylko o ułatwienie kopiowania tego działania (mechaniczna odpowiedź uśmiechem na uśmiech).

Chociaż znaczenie układu neuronów lustrzanych jest olbrzymie, umożliwiają one bowiem komunikację emocji i przewidywanie zachowania członków grupy, a czasem też narzucanie grupie określonych zachowań (np. oficer wyskakujący z okopu, ażeby pociągnąć za sobą żołnierzy do natarcia), na pytanie, czy układ ten bezpośrednio koduje emocje, czy tylko ruchy, jednoznacznie odpowiedziała dopiero praca opublikowana w tym miesiącu (sierpień 2011), 14 lat po odkryciu układu neuronów lustrzanych. Paola Borroni ze Szkoły Medycznej Uniwersytetu w Mediolanie wraz z kolegami wykazała w niej, że – wbrew przeważającemu mniemaniu – neurony lustrzane w korze ruchowej nie odczytują intencji, a tylko kopiują ruchy [Borroni & al. Eur. J. Neuroscience 2011, 34, 662].

Aby tego dowieść, trzeba było wymyślić doświadczenie, w którym oddziela się działanie od intencji, dwa elementy nierozłączne w naturalnych świadomych zachowaniach. Autorzy rozwiązali ten problem badając, jak mięśnie dłoni i kierujące nimi neurony motorycznej kory mózgowej reagują przy prostej czynności możliwej i niemożliwej, mającej taki sam cel: złapanie piłeczki. Autorzy założyli, że czynności naturalne są złożonymi sekwencjami ruchów realizowanych dzięki swoistym programom motorycznym, natomiast działania niemożliwe, które ze względów anatomicznych nie mogą być wykonane, nie są kodowane przez żadne programy wrodzone. Taką czynnością niemożliwą dla człowieka jest złapanie piłeczki na grzbiecie dłoni przez wygięcie palców do góry. Może to jednak zrobić postać animowana.

Badani obserwowali więc na ekranie awatara, który chwytał piłeczkę na stoliku, ale czynił to raz w sposób naturalny, zginając palce, a drugi raz nienaturalnie – obracając dłoń i wyginając palce do góry. W tym czasie badano u nich zmiany pobudliwości neuronów kontrolujących ruchy palców (mierząc potencjały mięśniowe w mięśniach dłoni wywołane przezczaszkową stymulacją magnetyczną odpowiednich obszarów kory motorycznej).

Gdyby potencjały odbierane z badanych mięśni zmieniały się w sposób identyczny przy obserwowaniu łapania piłeczki w sposób naturalny i niemożliwy (to znaczy, że w obu wypadkach badany chciałby schwytać piłkę skutecznie, a więc w sposób normalny), oznaczałoby to, że system motorycznych neuronów lustrzanych odczytuje intencję (złapać piłeczkę), a nie kopiuje ruchy. Gdyby jednak system kopiował ruchy, potencjały z mięśni zmieniałyby się w różny sposób, gdyż inne mięśnie są zaangażowane w normalnym chwycie, a inne przy próbach kopiowania zachowania niemożliwego. Okazało się, że pobudliwość szlaków motorycznych kontrolujących dłoń zmieniała się przy obserwowaniu obu typów zachowań, ale w sposób różny. Tak więc wywołane przez motoryczne neurony lustrzane podprogowe zmiany programów kory ruchowej nie kodują intencji.

Badania Borroni wykazały jednak, że nawet przy działaniach niemożliwych, neurony lustrzane reagują na ruchy tak dalece, jak mogą. Oznacza to, że najprawdopodobniej świadomość celu (obserwator rozumiał, że celem akcji awatara jest schwytanie piłeczki) jest istotna dla aktywacji neuronów lustrzanych. Sugerowałoby to, że to nie rezonans motoryczny umożliwia zrozumienie intencji działania, ale że zrozumienie intencji czyni rezonans motoryczny użytecznym dla zrozumienia innych aspektów działania (na przykład przewidywania, jak długo akcja będzie trwała czy dla uczenia się ruchów). Sugeruje to, że jeżeli układ neuronów lustrzanych może wybrać i aktywować określony program motoryczny, odpowiedni dla obserwowanej czynności, to czynność ta musi uprzednio być zrozumiana w strukturach leżących powyżej pierwotnych obszarów motorycznych. Badania Borroni pokazują, że intencje działania nie są wprawdzie zakodowane we wzorcach neuronalnych rezonującego programu motorycznego obserwatora, mogą jednak być zakodowane jako reprezentacje czuciowo-ruchowe w wyższych piętrach systemu neuronów lustrzanych, takich jak kora przedczołowa i ciemieniowa.

~ - autor: vetulani w dniu 23 sierpnia, 2011.