Neuroloog: Meie mõtted võivad meie aju füüsilist struktuuri muuta
Üks Pascual-Leone kangelasi, Hispaania suur neuroanatoom ja Nobeli preemia laureaat Santiago Ramón y Cajal, kes oli otsinud oma elu lõppfaasis tulutult märke aju plastilisusest, pakkus 1894. aastal välja, et „mõtlemisorgan on teatud piirides vormitav ja hästi läbi mõeldud vaimse treeningu abil täiustatav”.
Aastal 1904 väitis ta, et mõtted, mida „vaimse praktika” käigus korratakse, ilmselt tugevdavad olemasolevaid närviühendusi ja tekitavad uusi. Samuti ütles tema sisetunne, et intensiivse vaimse treeninguga tegelevate pianistide sõrmi kontrollivates närvirakkudes on see protsess eriti markantne.
Ramón y Cajal oli oma kujutlusvõimele tuginedes välja mõelnud, et aju on plastiline, kuid tal puudusid vahendid selle tõestamiseks. Pascual-Leone arvas, et nüüd on tal TMSi näol olemas vahend kontrollimaks, kas vaimne praktika ja kujutlusvõime viivad tõepoolest füüsiliste muutusteni.
Pascual-Leone kujutluseksperiment oli lihtne ja põhines Ramón y Cajali ideel kasutada klaverit. Pascual-Leone õpetas kahele grupile, kes ei olnud kunagi klaverit õppinud, selgeks noodijada, näidates neile, milliseid sõrmi liigutada ning lastes neil mängimise ajal noote kuulata.
Seejärel lasi ta ühel grupil – „vaimse treeningu” grupil – viis päeva, iga päev kaks tundi elektriklaveri klahvistiku ees istuda ja kujutleda, et nad mängivad noodijada ja kuulavad seda. Teine grupp – „füüsilise treeningu” grupp – harjutas noodijada reaalselt viis päeva, kaks tundi päevas.
Mõlema grupi katseisikute aju kaardistati iga päev nii enne eksperimenti kui ka pärast harjutamist. Seejärel paluti mõlemal grupil noodijada ette mängida ja mõõdeti arvuti abil nende esituse täpsust.
Pascual-Leone leidis, et mõlemad grupid õppisid noodijada mängima ja mõlema ajukaartides toimusid samasugused muutused. On tähelepanuväärne, et vaimne harjutamine kutsus motoorses süsteemis esile samasugused füüsilised muutused nagu muusikapala reaalne harjutamine.
Viienda päeva lõpuks olid mõlemas grupis toimunud lihastesse saadetavates motoorsetes signaalides samasugused muutused ja kujutlusvõimet kasutavad mängijad olid sama täpsed kui klaveril harjutajad kolmandal päeval.
Vaimse treeningu grupp tegi küll viie päevaga olulisi edusamme, kuid need ei olnud nii suured kui reaalselt harjutanud katseisikute grupis.
Kui aga vaimse harjutamisega tegelenud grupile korraldati vaimse treeningu lõppedes üks kahetunnine füüsiline harjutusseanss, siis kerkis nende sooritusvõime viis päeva füüsilise treeninguga tegelenud grupi tasemele.
On selge, et vaimne treening on tõhus viis valmistada ennast ette füüsilise oskuse omandamiseks minimaalse füüsilise treeninguga.
Me kõik tegeleme kontrolltööks õppides või näidendi tekstiridu pähe õppides või mingiks etteasteks või esitluseks varem õpitut korrates sellega, mida teadlased nimetavad vaimseks treeninguks või vaimseks kordamiseks. Kuna aga vähesed meist teevad seda süstemaatiliselt, siis me alahindame selle tegevuse tõhusust. Mõned sportlased ja muusikud kasutavad seda etteasteks valmistumisel. Kontsertpianist Glenn Gould valmistas ennast karjääri lõpupoole muusikapala salvestamiseks sageli ette just vaimse treeningu abil.
Vaimse praktika üks keerukamaid vorme on „pimemale”, mida mängitakse ilma malelaua ja nuppudeta. Seisu jälgimiseks ja meelespidamiseks kujutavad mängijad malelauda endale ette. Nõukogude inimõiguste aktivist Anatoli Šaranski kasutas pimemalet selleks, et vanglas ellu jääda.
Juudi soost arvutispetsialist Šaranski sai 1977. aastal valesüüdistuse USA kasuks spioneerimises ja pandi üheksaks aastaks vangi. Nelisada päeva vangistusest istus ta jääkülmas pimedas kartsas, mille mõõtmed olid 1,5 x 1,8 meetrit. Poliitvangid varisesid üksikvangistuses sageli vaimselt kokku, sest „kasuta seda või see läheb kaduma” põhimõttel töötav aju vajab ajukaartide säilitamiseks välist stimulatsiooni. Pikaajalise sensoorse deprivatsiooni ajal mängis Šaranski kuude kaupa järjest mõttes pimemalet, mis tõenäoliselt aitas tal aju vormis hoida. Ta mängis nii valgete kui ka mustade malenditega, pidades mängu meeles kahest erinevast vaatenurgast – see on aju jaoks erakordselt raske ülesanne. Šaranski ütles mulle kunagi poolnaljatades, et pimemalet mängima ajendas teda mõte, et ta võiks vabalt kasutada vangistust harjutamiseks ja tulla kunagi maailmameistriks.
Pärast seda, kui ta osaliselt tänu Lääne survele vabastati, läks ta Iisraeli ja temast sai valitsuskabineti liige. Kui maailmameister Garri Kasparov peaministrile ja teistele valitsuse ministritele simultaani andis, võitis ta kõiki, välja arvatud Šaranskit.
Tohutult mahuka vaimse treeninguga tegelevate inimeste ajukuvauuringute põhjal teame nüüd, mis Šaranski ajus vangistuse ajal tõenäoliselt toimus. Võtame näiteks Rüdiger Gammi – normaalse IQ-ga noore sakslase, kes treenis ennast matemaatiliseks fenomeniks, inimkalkulaatoriks.
Kuigi Gammil ei olnud sündides mingeid erakordseid matemaatilisi võimeid, suudab ta nüüd arvutada üheksanda astme või viienda juure või korrutada kahekohalisi numbreid viie sekundiga. Pangas töötav Gamm hakkas 20aastaselt neli tundi päevas oma arvutamisoskust treenima.
Temast oli 26. eluaastaks saanud arvutusgeenius, kes suutis ennast teleesinemistega ära elatada. Teadlased, kes uurisid tema aju positronemissioontomograafia (PET) abil, leidsid, et arvutamise ajal aktiveerus Gammi ajus viis piirkonda rohkem kui „normaalsetel” inimestel. Psühholoog Anders Ericsson, kes on vilumuse arendamise ekspert, on näidanud, et sellised inimesed nagu Gamm tuginevad matemaatiliste probleemide lahendamisel pikaajalisele mälule, samas kui teised tuginevad lühiajalisele mälule. Eksperdid ei säilita ajus vastuseid, vaid põhifakte ja strateegiaid, mis aitavad vastusteni jõuda; neil on nende põhifaktide ja strateegiate juurde kohene ligipääs, justkui need oleksid lühiajalises mälus. Pikaajalise mälu kasutamine probleemide lahendamiseks iseloomustab enamiku valdkondade eksperte. Ericsson leidis, et eksperdiks saamine nõuab enamikus valdkondades umbes kümneaastast keskendatud jõupingutust.
Üks põhjusi, miks saame oma aju lihtsalt kujutledes muuta, peitub selles, et närviteaduslikust vaatenurgast ei ole teo ettekujutamine ja teo sooritamine sugugi nii erinevad, kui need esmapilgul tunduvad. Kui inimene sulgeb silmad ja visualiseerib mingit lihtsat objekti, näiteks tähte A, aktiveerub tema primaarne nägemiskoor täpselt samamoodi nagu siis, kui ta tegelikult tähte A paberil silmitseks. Ajukuvauuringud näitavad, et ajuosad, mis tegutsedes ja tegevust kujutledes aktiveeruvad, suures osas kattuvad. Just seepärast saab oma sooritusvõimet visualiseerimise abil parandada.
Dr Guang Yue ja dr Kelly Cole tegid katse, mida on raske uskuda, kuid mis on samas äärmiselt lihtne. Nad näitasid, et kujutledes, kuidas sa oma lihaseid kasutad, saad sa lihaseid reaalselt tugevdada. Uuringus osales kaks gruppi, üks tegeles füüsiliste harjutustega, teine kujutles, et teeb füüsilisi harjutusi. Mõlemad grupid treenisid neli nädalat, esmaspäevast reedeni ühte sõrmelihast. Füüsilise treeningu grupp tegi näpuga iga päev 15 võimalikult tugevat kokkutõmmet, nii et iga pingutuse vahele jäi 20sekundiline paus. Mentaalse treeningu grupp lihtsalt kujutles 15 maksimaalselt tugevat kokkutõmmet 20sekundiliste puhkepausidega. Lisaks kujutlesid mentaalse treeninguga tegelejad, kuidas hääl neid taustal ergutab: „Kõvemini! Kõvemini! Kõvemini!”
Uuringu lõpuks oli füüsiliste harjutustega tegelenud katseisikute lihastugevus, nagu arvata võiski, 30% võrra suurenenud. Neil, kes olid samal perioodil üksnes kujutlenud, kuidas nad sama harjutust teevad, oli lihastugevus kasvanud 22% võrra. Selle nähtuse võti peitub aju motoorsetes närvirakkudes, mis „programmeerivad” liigutusi. Nende imaginaarsete kokkutõmmete ajal aktiveeruvad ja tugevnevad liigutuste sooritamiseks vajalike juhiste jadaks liitmise eest hoolitsevad närvirakud ning see tagab lihaste kokkutõmbumisel suurema jõu.
Seda tüüpi uuringud on võimaldanud välja töötada esimesed reaalselt inimeste mõtteid „lugevad” masinad. Mõtete tõlkimise masinad jälgivad mingit tegevust kujutleva inimese või looma motoorseid programme, dekodeerivad mõttega kaasneva eripärase elektrilise signatuuri ja edastavad elektrilise käskluse seadmele, mis teeb mõtte teoks. Need masinad töötavad, sest aju on plastiline ning muudab sel ajal, kui me mõtleme, füüsiliselt oma seisundit ja struktuuri sellisel moel, et seda saab elektrooniliste mõõteriistadega jälgida.
Praegu tegeletakse nende seadmete arendamisega ning eesmärgiks on võimaldada üle keha halvatud inimestel mõtete abil asju liigutada. Seda tüüpi tehnoloogia arenedes õnnestub võib-olla luua ka mõttelugejad, mis tunnevad ära ja transleerivad mõtete sisu ning millega on võimalik liigitada mõtete laadi teistmoodi kui valedetektoriga, mis suudab detekteerida üksnes valetamisega kaasnevat stressitaseme muutust.
Nende masinate väljatöötamiseks tuli astuda paar lihtsat sammu.
Miguel Nicolelis ja John Chapin alustasid 1990ndate keskel Duke’i ülikoolis käitumiskatset eesmärgiga õppida loomade mõtteid lugema. Nad treenisid roti vajutama kangi, mis oli elektroonselt ühendatud vett väljastava mehhanismiga. Iga kord, kui rott kangi vajutas, vabanes tilk vett ja rott sai juua. Roti koljusse oli tehtud väike avaus ning selle kaudu oli väike grupp mikroelektroode ühendatud roti motoorse ajukoorega.
Need elektroodid salvestasid motoorse ajukoore 46 närviraku aktiivsust, mis olid seotud liigutuste planeerimise ja programmeerimisega. Tavaliselt saadavad need närvirakud juhtnöörid seljaaju mööda lihastesse.
Kuna eesmärgiks oli registreerida mõtteid, mis on olemuslikult keerukad, tuli 46 närvirakku samaaegselt mõõta. Iga kord, kui rott kangi liigutas, salvestasid Nicolelis ja Chapin motoorika programmeerimise eest vastutava 46 närviraku aktiivsusmustri ja saatsid signaali väikesesse arvutisse.
Arvuti hakkas kangi vajutamisega seotud laenglemismustrit peagi „ära tundma”.
Kui rott oli harjunud kangi vajutama, ühendasid Nicolelis ja Chapin kangi veemehhanismi küljest lahti. Kui rott nüüd kangi vajutas, siis vett ei tulnud. Rott vajutas frustreeritult mitu korda kangi, kuid asjata.
Järgmiseks ühendasid teadlased veemehhanismi arvutiga, mis oli omakorda ühendatud roti närvirakkudega. Teoreetiliselt oleks nüüd pidanud arvuti iga kord, kui rotil tekkis mõte, et „vajutaks kangi”, närvirakkude laenglemismustri ära tundma ja edastama signaali veemehhanismile, et see tilga väljastaks. Ning rott taipaski paari tunni pärast, et ta ei pea vee saamiseks kangi vajutama. Ta pidi lihtsalt kujutlema, kuidas ta käpp kangi vajutab ja vesi tuleb! Nicolelis ja Chapin treenisid neli rotti seda ülesannet sooritama.
-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
Matthew Nagle oli 25-aastane mees, keda oli kaela pussitatud ja kelle kõik neli jäset olid seljaajuvigastuse tõttu halvatuks jäänud.
Tema ajju siirdati tilluke 100 elektroodiga ränikiip, mis oli täiesti valutu, ja see ühendati arvutiga. Neli päeva kestnud treeningu järel oli ta võimeline oma mõtete abil liigutama ekraanil kursorit, avama e-kirju, vahetama telekanaleid ja reguleerima helivaljust, mängima arvutimänge ja juhtima robotkätt. Seda mõtete tõlkimise seadet on järgmisena kavas katsetada lihasdüstroofiaga, insuldiga ja motoorsete närvirakkude haigusega patsientidel. Kõnealuse strateegia lõppeesmärk on siirdada motoorsesse ajukoorde väike, imiku küüne suurune patareidega varustatud mikroelektroodide kimp koos saatjaga. Seejärel võib ühendada robotkäega väikese arvuti või juhtida traadita side abil ratastooli paigutatud või lihastesse liigutuste esilekutsumiseks siirdatud elektroode. Mõned teadlased loodavad närvirakkude laenglemise detekteerimiseks välja arendada mõne mikroelektroodidest vähem invasiivse tehnoloogia, näiteks mõne TMSil põhineva seadme, ning Taub koos kolleegidega arendab praegu ajulainete muutusi detekteerivat seadet.
Need „imaginaarsed” eksperimendid näitavad, et kujutlus ja tegutsemine on tõeliselt tihedalt läbi põimunud, kuigi oleme harjunud pidama neid täiesti erinevateks ja erinevatele reeglitele alluvateks. Aga mõelgem tõsiasjale, et mõnel juhul on nii, et mida kiiremini suudame midagi ette kujutada, seda kiiremini suudame seda ka teha.
http://www.pilgrimbooks.ee/product/17039/
Norman Doidge „Muutuv aju. Teadlaste uuringud ja haigete paranemislood“, kirjastus Pilgrim 2015
