Mózg nie służy do myślenia. Lisa Feldman-Barrett
za ruch – układy motoryczne – pozwalające im przemieszczać się z większą prędkością i zręcznością. Stworzenia te potrafiły w sposób odpowiedni dla ich środowiska rzucić się, skręcić i zanurkować w kierunku kształtów przypominających jedzenie i w odwrotną stronę, gdy obiekt wyglądał groźnie.
Kiedy zwierzęta nauczyły się już wyczuwać coś z daleka i wykonywać bardziej wyrafinowane ruchy, ewolucja zaczęła faworyzować te, które robiły to skuteczniej. Jeśli ruszały w pogoń za posiłkiem, ale robiły to zbyt wolno, coś innego mogło dopaść ofiarę i zjeść ją wcześniej. Jeśli wykorzystały energię, uchodząc przed potencjalnym zagrożeniem, które nigdy się nie pojawiło, traciły zasoby, które mogłyby wykorzystać później. Wydajność energetyczna okazała się kluczowa dla przetrwania.
Można o niej myśleć jak o budżecie. Z finansowego punktu widzenia budżet pozwala obserwować na bieżąco nasze wydatki i przychody. Budżet naszego ciała w podobny sposób śledzi zasoby, które zdobywamy i zużywamy, jak woda, sól czy glukoza. Każda czynność powodująca ich uszczuplenie (choćby pływanie czy bieganie) przypomina wypłatę z konta. Aktywności, które pozwalają uzupełnić rezerwy (jedzenie czy spanie) są jak wpłaty. To uproszczenie, ale oddaje kluczową ideę: utrzymywanie ciała wymaga zasobów biologicznych. Każde działanie, które podejmujemy (bądź nie) jest wyborem ekonomicznym – nasz mózg zgaduje, kiedy zużytkować zapasy, a kiedy lepiej je zaoszczędzić.
Najlepszym sposobem, żeby utrzymać budżet w ryzach, jest – jak być może wiecie z własnego doświadczenia – unikanie niespodzianek: przewidywanie zaistnienia finansowych potrzeb, zanim wystąpią, i upewnienie się, że mamy środki na ich pokrycie. To samo sprawdza się w przypadku budżetu naszego ciała. Małe kambryjskie stworzonka musiały opracować wydajny energetycznie sposób przetrwania, kiedy w pobliżu pojawiał się głodny drapieżnik. Czy powinny zaczekać, aż wyposzczona bestia wykona pierwszy ruch, i wtedy zareagować, zastygając bądź ukrywając się? A może lepiej byłoby uprzedzić atak i zawczasu przygotować ciało do ucieczki?
W przypadku planowania wydatków ciała przewidywanie okazało się lepsze niż reagowanie. Zwierzę, które było gotowe na ruch, nim jeszcze łowca uderzył, miało większą szansę na dożycie jutra niż to, które oczekiwało na natarcie przeciwnika. Istoty, które dokonywały trafnych przewidywań albo popełniały błędy nieskutkujące śmiercią i uczyły się na nich, radziły sobie dobrze. Z kolei te często mylące się w swoich domysłach, przeoczające zagrożenia lub podnoszące fałszywy alarm w obliczu niebezpieczeństwa, które ostatecznie nigdy nie nadeszło, radziły sobie gorzej: w mniejszym stopniu penetrowały swoje środowisko, mniej żerowały i miały mniejszą szansę na reprodukcję.
Mózg prowadzi budżet naszego ciała, regulując zużycie wody, soli, glukozy i wielu innych zasobów biologicznych wewnątrz organizmu – naukowcy nazywają ten proces planowania wydatków allostazą
Naukowy termin opisujący kontrolę wydatków ciała to „allostaza” (ang. allostasis)5. Oznacza on automatyczne przewidywanie potrzeb organizmu i przygotowywanie się do ich zaspokajania, jeszcze zanim faktycznie się pojawią. Kiedy zwierzęta kambryjskie zdobywały i zużywały zasoby, badając środowisko i poruszając się, allostaza przez większość czasu utrzymywała układy ich ciał w równowadze. Wydatki nie stanowiły problemu, póki stworzenia były w stanie odnowić wykorzystane zapasy w odpowiednim czasie.
W jaki sposób zwierzęta mogą przewidzieć przyszłe potrzeby swojego ciała? Najlepszym źródłem informacji jest przeszłość – działania, jakie podejmowały wcześniej w podobnych okolicznościach. Jeśli niegdysiejsze poczynania przyniosły im korzyści w postaci udanej ucieczki czy smacznego posiłku, prawdopodobnie zachowają się tak po raz kolejny. Wszystkie stworzenia, w tym ludzie, wykorzystują przeszłe doświadczenia, żeby przygotować swoje ciała na działanie. Przewidywanie jest tak przydatną umiejętnością, że nawet istoty jednokomórkowe planują swoje czynności z wyprzedzeniem – naukowcy wciąż zachodzą w głowę, jak to jest możliwe.
Wyobraźmy sobie więc maleńkie kambryjskie stworzenie dryfujące z prądem. Gdzieś nad sobą wyczuwa obiekt, który może być smacznym kąskiem. Co teraz? Może się ruszyć, ale czy powinno? Koniec końców, poruszanie się wymaga zużycia energii. Ruch powinien się opłacić, ekonomicznie rzecz ujmując6. To właśnie jest przewidywanie na podstawie doświadczenia, mające przygotować ciało do działania. Żeby było jasne – nie chodzi mi o świadomą, przemyślaną decyzję po rozważeniu wszystkich za i przeciw. Mówię tylko, że we wnętrzu zwierzęcia musiało zdarzyć się coś, co pozwoliło mu zaplanować i wdrożyć tę, a nie inną sekwencję ruchów. To coś odzwierciedla oszacowanie wartości. Waga każdego ruchu jest ściśle związana z planowaniem wydatków ciała przez allostazę.
W międzyczasie ciała pradawnych zwierząt wciąż ewoluowały: stawały się coraz większe i bardziej złożone. Oznaczało to, że również wnętrza ich organizmów robiły się coraz bardziej wyrafinowane7. Lancetnik, mały żołądek na patyku, nie musiał kontrolować niemal żadnych układów ciała. Kilka komórek wystarczało, żeby mógł utrzymać się pionowo w wodzie i trawić pożywienie w prymitywnym jelicie. Nowo powstałe zwierzęta wykształciły jednak złożone układy wewnętrzne, takie jak układ krążenia z sercem, które pompuje krew, układ oddechowy, pozwalający pobierać tlen i pozbywać się dwutlenku węgla, czy elastyczny układ odpornościowy zwalczający infekcje. Tego rodzaju struktury sprawiły, że bilansowanie budżetu ciała stało się znacznie większym wyzwaniem: bardziej niż zarządzanie kontem w banku zaczęło przypominać prowadzenie działu księgowego sporej firmy. Tak złożone ciała potrzebowały czegoś więcej niż garstki komórek, by upewnić się, że woda, krew, sól, tlen, glukoza, kortyzol, hormony płciowe i dziesiątki innych zasobów są pod kontrolą, umożliwiając organizmowi sprawne działanie. Potrzebowały centrum dowodzenia. Mózgu.
I tak, w miarę jak zwierzęta stopniowo wykształcały większe ciała wyposażone w większą liczbę układów, które należało utrzymywać, zlepki ich komórek zajmujące się planowaniem wydatków ciała również ewoluowały, stając się w coraz większym stopniu skomplikowanymi mózgami. Dziś, kilkaset milionów lat później, Ziemia usłana jest wszelkiego rodzaju wyrafinowanymi mózgami, w tym naszymi – mózgami, które biegle nadzorują pracę ponad sześciuset mięśni w ruchu, bilansują stężenia dziesiątków rozmaitych hormonów, pompują krew w tempie 7500 litrów na dobę, regulują przepływ energii przez miliardy komórek mózgowych, trawią jedzenie, wydalają resztki i walczą z chorobami – bez przerwy, przez 72 lata, średnio licząc. Budżet naszego ciała jest jak tysiące kont olbrzymiej, międzynarodowej korporacji, a nasz mózg staje na wysokości zadania. W dodatku całe to równoważenie rachunków ciała następuje w niewyobrażalnie skomplikowanym świecie, stającym się jeszcze większym wyzwaniem za sprawą innych mózgów-w-ciałach, z którymi go dzielimy.
Powracając więc do pierwotnego pytania: W jakim celu taki mózg jak nasz w ogóle wyewoluował? Nie ma na nie odpowiedzi; działania ewolucji nie są celowe, nie ma tu żadnego „po co”. Możemy jednak stwierdzić, jaka jest najważniejsza funkcja mózgu. Nie jest to racjonalność. Nie są to emocje. Wyobraźnia, kreatywność, empatia – także nie. Najważniejszą funkcją mózgu jest kontrolowanie ciała – zarządzanie allostazą – poprzez prognozowanie potrzeb energetycznych, jeszcze zanim się pojawią, co umożliwia efektywne wykonywanie opłacalnych ruchów i przetrwanie. Nasz mózg bezustannie lokuje energię w nadziei na dobry zwrot z inwestycji (w postaci jedzenia, schronienia, uczucia czy fizycznej ochrony), abyśmy byli w stanie sprostać najważniejszemu zadaniu powierzonemu nam przez naturę: przekazaniu
Allostaza nie jest jedynym czynnikiem determinującym przebieg ewolucji mózgu czy jego działanie, ale jest jednym z najistotniejszych. Jest procesem ciągłego przewidywania i równoważenia, nie zaś poszukiwania jednego, stabilnego punktu, w którym należałoby utrzymywać ciało (nie działa jak termostat). Terminem opisującym to drugie dążenie jest „homeostaza”. Zob. 7half.info/allostasis.
Idea opłacalnego ruchu jest świetnie zbadania na polu ekonomii, gdzie nazywana jest „wartością”. Zob. 7half.info/value.
Narządy we wnętrzu naszego ciała – serce, żołądek czy płuca – są czasem nazywane
Tak samo jak ruchy ramion, nóg, głowy czy tułowia są źródłem danych zmysłowych przekazywanych do mózgu (konkretnie do układu somatosensorycznego), ruchy trzewne wywołują zmiany sensoryczne zwane „interoceptywnymi” danymi zmysłowymi, które także są wysyłane do mózgu (do układu interoceptywnego). Wszystkie te informacje pozwalają mózgowi lepiej kontrolować motorykę i wisceromotorykę ciała.
Najlepsze dostępne nam dzisiaj naukowe przybliżenia wskazują, że ewolucji układów trzewnych i trzewno-ruchowych u kręgowców towarzyszyła ewolucja narządów zmysłów. Tuż po zapłodnieniu, kiedy embrion buduje swoje ciało i mózg, zarówno układy wisceralne, jak i układy zmysłowe powstają z tej samej zbitki komórek zwanej grzebieniem nerwowym. Z niej także wykształca się przodomózgowie, obszar mózgu kręgowców odpowiedzialny za zarządzanie układem trzewno-ruchowym i interoceptywnym. Choć grzebień nerwowy można znaleźć u wszystkich gatunków kręgowców, w tym u ludzi, poza tym podtypem strunowców nie występuje nigdzie indziej w królestwie zwierząt.
Układy wisceromotoryczny i interoceptywny odgrywają kluczową rolę w określaniu wartości każdego ruchu, ale nie można powiedzieć, że wyewoluowały w tym celu. Do wykształcenia układów trzewnych ciała i obwodów wisceromotorycznych mózgu przyczyniły się także inne czynniki presji selekcyjnej, takie jak zwiększenie się rozmiarów organizmów: większe ciało wymagało innego typu opieki i utrzymywania. Dla przykładu: większość zwierząt na naszej planecie ma bardzo niewielką średnicę – wnętrze ciała od zewnętrznego świata dzieli zaledwie kilka komórek. Takie rozwiązanie znacznie ułatwia pewne funkcje fizjologiczne, jak choćby wymianę gazową (oddychanie) czy usuwanie zbędnych produktów przemiany materii. W większym ciele wnętrze jest znacznie dalej od otoczenia, więc musiały wyewoluować nowe układy, takie jak oddechowy przepuszczający wodę przez skrzela, żeby ułatwić wymianę gazową, czy wydalniczy z nerkami i długimi jelitami. Te nowe układy pozwoliły kręgowcom stać się lepszymi pływakami i w konsekwencji drapieżnikami odnoszącymi większe sukcesy. Zob. 7half.info/visceral.