Mozog

Dýchanie, hovorenie, chodenie, smiať sa, rozhodnúť sa - všetko začína v hlave.

Náš mozog určuje vnímanie, konanie, myšlienky a pocity, a dokonca aj náš charakter. Genetické predispozície zohrávajú rovnako dôležitú úlohu ako naše vlastné skúsenosti a vplyvy prostredia a ľudia. Informácie sa do nášho mozgu dostávajú prostredníctvom zmyslov, ako sú zrak, hmat, sluch a chuť. Až tam vzniká jedinečný, individuálny obraz sveta. V každom okamihu prebieha v mozgu človeka nespočetné množstvo vedomých a nevedomých procesov. V dôsledku toho sa mení aj samotný mozog.

Zásadný pokrok v mikroskopii a iných zobrazovacích technikách umožňuje čoraz presnejšie odhaliť, ako funguje náš mozog. Tento mimoriadne zložitý orgán však stále kladie vedcom mnoho otázok. Výsledky výskumu mozgu sú nielen dôležité v medicíne, ale majú aj vplyv na spoločenské oblasti, ako je vzdelávanie, výchova a rozsudky.

Ako je mozog štruktúrovaný?
Ľudský mozog je najzložitejší orgán, aký príroda vytvorila. Jeho výkon je vyšší ako výkon najvýkonnejších superpočítačov. Mozog je na rôznych úrovniach organizovaný v obvodoch: od procesov v jednej synapsii až po siete medzi miliónmi buniek. Ľudský mozog sa skladá z rôznych oblastí, ako je veľký mozog, mozoček alebo mozgový kmeň, ktoré majú rôzne úlohy. Pri mnohých schopnostiach však musia rôzne oblasti mozgu spolupracovať. Preto sú blízke nervové bunky, ako aj bunky vo vzdialených oblastiach prepojené.

Cortex
Mozgová kôra, takzvaný cortex, pokrýva takmer celý mozog. Svojimi brázdami a zvlneniami dáva mozgu vzhľad vlašského orecha. Mozgová kôra riadi vnímanie, vedomie a správanie. Umožňuje nám komunikovať, riešiť náročné úlohy a rozpoznávať a klasifikovať predmety.

Frontálny lalok
Frontálny lalok je názov celej prednej časti cortexu. Odtiaľto sa riadi vedomý pohyb, najmä rýchlosť, smer a vývoj sily. Mnohí vedci sem zaraďujú aj vyššie mentálne funkcie človeka a označujú frontálny lalok za "nositeľa kultúry". Predná časť frontálneho laloku je zodpovedná za pozornosť, rozmýšľanie, rozhodovanie a plánovanie a považuje sa za sídlo osobnosti.

Temporálny lalok
Najznámejšou funkciou spánkového laloku je sluch. Sluchové centrá zaberajú takmer celú plochu temporálneho laloku. Reč a hudba si pravdepodobne vyžadujú takýto vysoký "výpočetný výkon". Temporálny lalok je však potrebný aj na mnohé iné veci, na čuch, reč, porozumenie, rozpoznávanie obrazov a tvorbu pamäte.

Hipokampus
Hipokampus je "zrolovaný" kus cortexu a centrálna časť limbického systému. Je dôležitý na ukladanie znalostí a skúseností - ak niekomu chýba, nemôže si zapamätať nič nové. Hipokampus je jednou z mála oblastí mozgu, kde sa počas života vytvárajú nové nervové bunky.

Limbický systém
Limbický systém je skupina oblastí mozgu, ktoré majú veľký význam pre vznik a spracovanie emócií a pre pamäťové procesy. Najdôležitejšie sú hipokampus, amygdala (mandľové jadro), cingulárny gyrus a parahipokampálny gyrus. Tieto oblasti mozgu sú silno prepojené. Limbický systém riadi naše pocity a sexualitu a vyhodnocuje dôležitosť informácií o vonkajšom svete.

Hypotalamus
Hypotalamus riadi dôležité funkcie, ako je reprodukcia, strava, regulácia teploty a meranie času. Je to nadradené centrum autonómneho nervového systému, ktoré riadi nevedomé procesy, ako je dýchanie alebo tlkot srdca. Zadná časť hypotalamu patrí do limbického systému.

Hypofýza
Hypofýza je len veľká ako hrášok, ale je životne dôležitá. Ako "kráľovná žliaz" určuje hormonálny systém tela. Je riadená hypotalamom a púšťa hormóny do krvi. Reguluje telesné funkcie, ako je rast, reprodukcia a metabolizmus.

Mozoček
Mozoček sa nachádza v zadnej časti lebky. Z evolučného hľadiska je to veľmi stará časť mozgu. Spojenia medzi nervovými bunkami sú tu oveľa menej zložité ako v mozgu. Mozoček koordinuje motorické schopnosti, t. j. držanie tela a chôdzu, ale aj zložité pohybové procesy, ako je napríklad písanie. Napriek svojej malej veľkosti obsahuje mozoček štyrikrát viac buniek ako zvyšok mozgu.

Mozgový kmeň
Mozgový kmeň je priamo spojený s miechou a je niečo ako "technické centrum" mozgu. Mozgový kmeň, ktorý nie je väčší ako palec, riadi a reguluje nevedomé, životne dôležité procesy v tele, ako je krvný obeh, dýchanie alebo spánok. Z evolučného hľadiska je to najstaršia časť mozgu. Rozdiely medzi ľuďmi a zvieratami sú tu preto pomerne malé.

Komunikácia je všetko
Náš mozog je zložitá sieť z približne miliárd nervových buniek, ktoré medzi sebou neustále komunikujú. Spojenia medzi nervovými bunkami sa neustále vytvárajú alebo prerušujú, posilňujú alebo oslabujú. To je tiež predpokladom toho, aby sme sa dokázali učiť a zabúdať. Nervové bunky prijímajú elektrické podnety prostredníctvom dendritov a vedú ich do tela bunky. Odtiaľ sa prostredníctvom axónu posielajú do iných nervových buniek. Prenos z jednej bunky do druhej sa uskutočňuje cez synapsie. Elektrický impulz sa tu premieňa na chemický impulz. V mozgu sú nervové bunky, ktoré prijímajú signály až od 10.000 iných nervových buniek, a tie, ktoré odovzdávajú signály tisícom ďalších.
Nervové bunky v mozgu sú usporiadané do vrstiev. Tieto vrstvy a ich početné prepojenia sú predpokladom rýchleho spracovania informácií.

Myšlienkové diaľnice
Priradenie určitých funkcií k jednotlivým oblastiam mozgu nevysvetľuje komplexné výkony mozgu - napríklad činnosť, emócie a pozornosť závisia jedna od druhej. Dokonca aj kognitívne výkony, ako napríklad počítanie, sú možné len vďaka zložitému prepojeniu rôznych oblastí mozgu. Mozgom prechádzajú veľké zväzky nervových vlákien, ktoré spájajú bunky rôznych oblastí mozgu cez rôzne regióny. Pomocou difúzne vážených obrazov magnetickej rezonancie (angl.: dwi - diffusion weighted imaging) môžu vedci rekonštruovať toto prepojenie mozgových oblastí v živom ľudskom mozgu. Táto technika je neinvazívna, bezpečná a veľmi presná. Meria sa difúzny pohyb molekúl vody v tkanive. Tie sa môžu rýchlejšie a ľahšie pohybovať pozdĺž zväzkov nervových vlákien ako naprieč nimi. Výskumníci potom premietnu namerané difúzne gradienty do svetelných farebných vzorov.

Veľké zväzky nervových vlákien v mozgu možno vizualizovať pomocou dwi. Farby znázorňujú orientáciu vlákien.

Viac ako servis pre neuróny
Okrem nervových buniek sa v mozgu nachádza aj ďalší typ buniek - gliové bunky. Bez nich by v našich hlavách nič nefungovalo. Gliové bunky tvoria základnú štruktúru mozgu, a preto umožňujú rýchle spracovanie informácií. Zásobujú nervové bunky s výživou a zbavujú sa odpadových látok. Aj vrstva, ktorá elektricky izoluje dlhé nervové vlákna, je tiež tvorená gliovými bunkami. Je predpokladom rýchleho nervového vedenia typického pre stavovce. Max-Planck-vedci v Göttingene skúmajú význam gliových buniek pri neurologických a psychiatrických ochoreniach. Mníchovská neurobiologička Magdalena Götzová zistila, že počas vývoja mozgu sa nervové bunky vyvíjajú aj z gliových buniek. Teraz skúma, či môžu nové nervové bunky vznikať aj z gliových buniek vo vyvinutom mozgu, napríklad po ťažkom poranení mozgu alebo mŕtvici.

Pri poškodení mozgu sa aktivizujú určité gliové bunky: mikroglie (tu červené) a astrocyty (zelené) podporujú, chránia a vyživujú nervové bunky (modro-tyrkysové), aby sa mohli zotaviť.

Schéma zapojenia mozgu
Celé nervové spojenia živej bytosti sa nazývajú konektom. Tento pojem má vyjadriť, že nervové bunky sú silne prepojené a možno ich chápať len v ich vzájomnom vzťahu. Konektom ľudského mozgu je veľmi zložitý. Vedci preto skúmajú základné princípy v jednoduchších mozgoch, napríklad u myší. V roku 2019 boli vedci z Max-Planck-Inštitútu pre výskum mozgu schopní vizualizovať prepojenia v malom kúsku myšieho mozgu presnejšie ako kedykoľvek predtým: schéma zapojenia približne 7.000 axónov s viac ako dva a pol metrami neuronálnych "káblov", ktoré sú prepojené prostredníctvom viac ako 400.000 synapsií. Na tento účel používajú nový typ spracovania obrazu založený na umelej inteligencii (UI/AI). Prvýkrát sa im tiež podarilo preukázať, že usporiadanie nových synapsií sa riadi pevnými pravidlami.
Malá časť mozgovej kôry myši - rekonštruovaná pomocou softvéru na spracovanie obrazu založeného na umelej inteligencii.

Neurovedci chápu emócie ako psychické procesy, ktoré sú vyvolané vonkajšími stimulmi a vedú k ochote konať.

Emócie vznikajú v limbickom systéme, fylogeneticky starobylej časti mozgu. Strach, odpor, ale aj radosť či smútok sa ťažko potláčajú. A kvôli tomu, že sú emócie veľmi silné, môžu byť aj veľkou záťažou pre život - napríklad pri depresii alebo úzkostných poruchách.
Emócie sú pre vedu náročnou oblasťou výskumu. Pretože sú veľmi individuálne a často sa ťažko opisujú. Najlepšie preskúmanou emóciou je úzkosť. Individuálna emocionalita je dôležitou súčasťou našej osobnosti. Životné skúsenosti a udalosti, ktoré sú spojené so silnými citmi, zostávajú v našej pamäti obzvlášť hlboko: svoju prvú lásku si pamätáme celý život.

Veľká láska - všetko len chémia?
Počas vzrušujúceho obdobia zamilovanosti zaplavuje neurotransmiter dopamín mozog.  Uvoľňuje ho hypotalamus, najdôležitejší zdroj hormónov v mozgu. Dopamín pôsobí predovšetkým v limbickom systéme a zohráva významnú úlohu aj pri odmeňovaní a eufórii. Keď sme zamilovaní, telo produkuje menej stresových hormónov, rany sa hoja rýchlejšie a bolesť nevnímame tak intenzívne. V určitom okamihu však hladina dopamínu opäť klesne a zamilovanosť sa môže zmeniť na lásku. Teraz hrá oxytocín väčšiu úlohu. Produkuje sa v hypotalame a ukladá sa v hypofýze. Hormón upokojuje, znižuje strach a agresivitu a podporuje pocit blízkosti a dôvery. Dotyk je stimul, ktorý dokáže vyvolať oxytocín a dopamín - aj keď prvotný pocit zamilovanosti už dávno pominul.

Utekať alebo nie?
Emócie spôsobujú určité vzorce správania. Strach napríklad pripravuje telo na útek alebo boj: zvyšuje sa tep a krvný tlak, svaly sú zásobované energiou, pozornosť sa sústreďuje na hrozbu. To môže byť veľmi užitočné alebo úplne zbytočné - v závislosti od situácie. Vlastné pocity, skúsenosti a správanie druhých musia byť navzájom prepočítané, aby sme mohli primerane reagovať. Dôležitú úlohu pri tom zohráva ostrovná kôra, ktorá je súčasťou mozgovej kôry. Nadine Gogolla a jej výskumná skupina v Max-Planck-Inštitúte pre neurobiológiu skúmajú, čo presne sa tam deje. Ako to už vo výskume mozgu býva, pracujú aj tu vedci s myšami ako modelom. Zistili pritom, že myši majú rovnako ako ľudia mimiku, z ktorej sa dajú spoľahlivo vyčítať emócie ako radosť, znechutenie a strach. Pomocou novo vyvinutej počítačovej analýzy výrazu tváre môžu vedci teraz merať intenzitu a typ emócie a porovnávať ju s aktivitou nervových buniek v konkrétnej oblasti mozgu.

Emócie v spoločnosti
To, čo človek cíti - a ako to dáva alebo smie dávať najavo druhému človeku - nie je len prejavom vnútorného stavu, ale je to aj naučené a spoluurčované spoločnosťou. Majú pocity teda nejakú históriu? Píšu pocity históriu? Ute Frevertová a jej tím z Max-Planck-Inštitútu pre výskum vzdelania v Berlíne skúmajú tieto otázky. Pocity ako strach, hnev alebo nádej majú aj veľký politický a spoločenský vplyv. Výskumníci napríklad skúmajú význam hanby, potupy a verejného poníženia v rôznych kultúrach a obdobiach. Tieto pocity zohrávajú významnú úlohu aj dnes: takmer každý deň vznikajú na internete nové platformy na hanobenie. Kyberšikanovanie postihuje najmä deti a mladých ľudí. A pre spoločný život v multikultúrnych spoločnostiach sú veľmi dôležité poznatky rôznych účinkov emócií.

Zvuková skúška - hudba alebo hluk?
Je známe, že čo sa týka hudby, vkus sa líši. Každý však dokáže okamžite povedať, či sa mu hudba páči alebo nie. Vedci z Inštitútu Maxa Plancka pre empirickú estetiku vo Frankfurte chcú zistiť, čo rozhoduje o tom, či niekto považuje hudbu za krásnu alebo hroznú. Na tento účel využívajú multifunkčný priestor ArtLab, ktorý je koncertnou sálou a laboratóriom v jednom. Zvuky, výrazy tváre, gestá a rôzne fyziologické údaje umelcov a až 46 poslucháčov sa tu dajú zaznamenať a vyhodnotiť.
Speváci vokálneho súboru nacvičujú vo frankfurtskom ArtLab-e. Okrem iného sa zaznamenáva EEG, EKG a frekvencia dýchania umelcov:
Vedci z Maxa Plancka v Lipsku zasa chcú vedieť, čo tvorí úspešnú popovú pieseň. To, či sa hudobná skladba stane hitom, nezávisí ani tak od textu alebo melódie, ale od poradia akordov. Obzvlášť populárne piesne sa vyznačujú zmesou predvídateľných a prekvapivých akordov. Pretože len vtedy sa v mozgu aktivuje systém potešenia. To tiež vysvetľuje, prečo sa pri počúvaní "správnej" hudby často hneď cítime lepšie.

Láska, strach, hnev, smútok a radosť - čo sa deje v hlave?

Láska
Keď je niekto zamilovaný, v mozgu sa aktivuje systém odmeňovania. Produkuje sa množstvo hormónov, ako sú dopamín, vazopresín a oxytocín. Limbický systém je pre vznik týchto pozitívnych pocitov kľúčový. Skladá sa z neurónov, ktoré používajú posol dopamín. Bunkové telá týchto neurónov sa nachádzajú v mozgovom kmeni, prechádzajú do amygdaly a hipokampu a končia v dolnej časti predného mozgu v nucleus accumbens - systéme odmeňovania.

Strach
Amygdala (mandľové jadro) v priebehu niekoľkých milisekúnd rozhodne, či máme strach. Srdce bije rýchlejšie, svaly majú viac energie - sme pripravení na boj alebo útek. Amygdala sa nachádza v temporálnom laloku a je spojená s mozgovým kmeňom. Ovplyvňuje tak autonómne funkcie tela, ako je dýchanie a krvný obeh. Obzvlášť silný zväzok nervov vedie do hypotalamu, ktorý spúšťa produkciu adrenalínu. Amygdala prijíma informácie zo všetkých senzorických oblastí mozgovej kôry. Frontálny lalok porovnáva zmyslové signály s už nadobudnutými skúsenosťami a môže potlačiť činnosť amygdaly.

Hnev
Ak nás niekto urazí, informácia sa najprv pošle cez oči a uši do medzimozgu, ktorý ju odovzdá amygdale a frontálnemu laloku mozgovej kôry. Ak sa však "emocionálna" amygdala rozhodne, že ide o urážku, "racionálna" mozgová kôra nemá šancu: amygdala je rýchlejšia. Aktivuje hypotalamus, stresové hormóny ako adrenalín a noradrenalín sa uvoľňujú, prudko sa zvyšuje pulz. Limbický systém sa stará o to, aby sa hnev stal viditeľným: Vyjadruje to hlas, mimika a gestika.

Smútok
Keď nás niekto opustí alebo nám zomrie milovaná osoba, cítime veľký smútok. V mozgu dochádza k stresovej reakcii. Aktivuje sa poplašný systém amygdala a uvoľňuje sa stresový hormón kortizol. Smútok je však vedomý pocit. Pomáha nám spracovať stres a žiť so skúsenosťou straty. Počas smútku sa aktivujú oblasti mozgu nachádzajúce sa vo frontálnom laloku. Pôsobia na amygdalu, aby mohlo dôjsť k opätovnému uvoľneniu.

Radosť
Spokojnosť, radosť a šťastie úzko spolu súvisia. Spokojnosť je stav vnútornej rovnováhy, ktorý je čiastočne ovplyvnený geneticky a čiastočne prostredím. Vyvíja sa medzi piatym a desiatym rokom života a zostáva zväčša rovnaký počas celého života. Z biochemického hľadiska sa na tom podieľajú najmä tri mozgové posli: Serotonín, dopamín a oxytocín. Krátkodobý pocit šťastia je spôsobený "koktailom" opioidov produkovaných mozgom, ako sú endorfíny. Pre kvalitu šťastia je rozhodujúci pôvod pôžitku. Materiálne veci, ako napríklad nový kus oblečenia, aktivujú predovšetkým systém odmeňovania. Tento pocit šťastia je len krátkodobý. Sociálne odmeny, ako napríklad uznanie a priateľstvo, majú oproti tomu dlhší účinok.
 

Spánok je nevyhnutný pre fungovanie mozgu a prežitie celého organizmu. Spánok má mnoho funkcií: V tele prebiehajú procesy rastu a regenerácie, detoxikácie a hojenia rán - metabolizmus beží na plné obrátky. Časti mozgu sú teraz tiež veľmi aktívne. Spracúvajú všetko, čo mozog počas dňa prijal. Dôležité informácie sa presúvajú z krátkodobej pamäte do dlhodobej.

Každá živá bytosť má v priebehu 24 hodín opakujúci sa cyklus spánku a budenia. Časovanie a kontrola závisia od biologických "vnútorných hodín". Spánok sa skladá z dvoch rôznych stavov: REM („rapid eye movement“ - spánok s rýchlymi pohybmi očí) a non-REM spánok. Vedci sa domnievajú, že optimálna dĺžka spánku sa u jednotlivých ľudí líši - u dospelých je to v priemere sedem až osem hodín. Potreba spánku dospelého človeka sa v priebehu života nemení.

Fázy spánku
Počas zdravého spánku sa zvyčajne vystrieda štyri až päť spánkových cyklov. Spánok REM sa vyznačuje rýchlymi pohybmi očí a je často plný snoch. Je to stav pod úrovňou bdelosti, ale jednoznačne nad úrovňou hlbokého spánku. Krvný tlak a pulz sú relatívne vysoké, ale kostrové svalstvo je úplne uvoľnené. Non-REM spánok sa delí na niekoľko štádií, ktoré sa líšia z hľadiska výkyvu a rýchlosti mozgových vĺn. Fáza N 3 non-REM spánku sa nazýva "hlboký spánok". Hlavne v tejto fáze sa uvoľňujú rastové hormóny z hypofýzy.

Driemanie medzi nebom a zemou
Všetky živé bytosti potrebujú spať. Potreba spánku sa však veľmi líši: niektoré zvieratá spia 20 hodín denne, iné potrebujú len dve hodiny. Ale čo vtáky, ktoré trávia takmer celý svoj život vo vzduchu? Alebo sťahovavé vtáky, ktoré prekonávajú tisíce kilometrov bez zastávky? Aj oni spia - a to počas letu, ako to dokázali vedci z Maxa Plancka na fregatách. Na tento účel nosia vtáky malé meracie zariadenia, ktoré zaznamenávajú mozgovú aktivitu. Vtáky však spia vo vzduchu len niečo vyše 40 minút denne a zvyčajne len niekoľko sekúnd. Za normálnych okolností spí len jedna mozgová hemisféra, druhá je bdelá. Niekedy však obe mozgové hemisféry lietajúcich fregatiek spia súčasne. Výskumníci merajú aj krátke fázy REM. REM spánok sa vyskytuje len u cicavcov a vtákov. Zatiaľ čo svaly cicavcov počas spánku REM úplne odpočívajú, vtáky môžu stále plachtiť.

Hodiny, ktoré riadia deň
Mnohé krajiny na svete majú letný a zimný čas - dvakrát ročne sa hodiny prestavujú o jednu hodinu. Pre mnohých ľudí je táto zmena náročná. Je to spôsobené "vnútornými hodinami", ktoré sú v (takmer) každej bunke nášho tela aktívne a sú riadené sieťou génov a proteínov. Zabezpečuje, aby sa dôležité fyziologické procesy v tele, ako je spánok a bdenie, krvný tlak a telesná teplota, na jednej strane stabilne riadili denným režimom, ale na druhej strane sa prispôsobovali aj novým podmienkam prostredia. Najdôležitejším impulzom je denné svetlo. Špeciálne bunky vnímajúce svetlo v oku posielajú informácie priamo do hypotalamu. Dôležitú úlohu však zohrávajú aj hormóny produkované hypofýzou a nadobličkami, napríklad kortizol a adrenalín. "Vnútorné hodiny" sú komplexný systém, ktorého mnohé aspekty sa stále skúmajú, napríklad v Max-Planck-Inštitúte pre biofyzikálnu chémiu v Göttingene.

Učenie počas spánku
Náš mozog musí spracovať množstvo stimulov. Udržiava poriadok tým, že ukladá nové informácie do dlhodobej pamäte, zoskupuje podobné skúsenosti a zovšeobecňuje ich. Jedna vec je pre to kľúčová: dostatok spánku. Mozog šesť- až osemmesačných bábätiek už počas spánku priraďuje slovám význam. Dokázali to štúdie Max-Planck-Inštitútu pre kognitívne a mozgové vedy: Výskumníci ukazujú bábätkám veci, ktoré ešte nepoznajú. Ak sa tieto veci líšia len nepatrne tvarom alebo farbou, napríklad zelený a červený pohár, sú zoskupené - a v tomto prípade sa obidve veci nazývajú "pohár". Vo fáze učenia bábätká ešte nedokážu zaradiť nové veci do skupiny a priradiť im správny názov. Po spánku sa to mení. Teraz môže mozog priradiť rôzne poháre k všeobecnému názvu "pohár". Bábätká si teda počas spánku zovšeobecňujú nové poznatky. To platí aj pre dospelých. Fázy hlbokého spánku sú dôležité najmä pre zabezpečenie faktických poznatkov a fázy snového spánku sú dôležité pre spracovanie postupov konania a emócií.

 

Jednou z najdôležitejších vlastností mozgu je jeho schopnosť učiť sa. U novorodenca už väčšina mozgových buniek a mnoho spojení existuje. Ale len ak sa budú aj využívať, budú sa rozširovať a konsolidovať.

Podrobná štruktúra mozgu sa teda vyvíja až počas učenia. U ľudí tento vývoj trvá až do puberty. Mozog dospelých sa však tiež neustále prestavuje, hoci v menšej miere. Takto sa ľudia môžu učiť počas celého života.

Učenie znamená, že sa menia spojenia medzi nervovými bunkami v mozgu. To sa deje v synapsiách - v mieste, kde sa stretávajú dve nervové bunky. Synapsy totiž nielen prenášajú nervové impulzy z bunky do bunky, ale sú aj zásobárňou informácií v mozgu. Čím dôležitejšie je spojenie medzi dvoma nervovými bunkami, tým viac synapsií sa vytvorí. Menej používané spojenia sa redukujú. Okrem toho môžu synapsie viesť elektrické signály z jednej bunky do druhej s rôznou intenzitou, t. j. posilňovať ich alebo oslabovať. Táto "synaptická plasticita" je dôvodom, prečo je mozog adaptívny a schopný učiť sa. Vždy, keď mozog niečo uloží, prenos signálu sa posilní. Ak je prenos oslabený alebo dokonca prerušený, mozog zabudne, čo sa naučil.

Pamäť zanecháva stopy
Pomocou nových mikroskopických techník sa neurológovia stále bližšie pozerajú na štruktúry, ktoré sú anatomickým základom učenia. Tobias Bonhoeffer a jeho kolegovia z  Max-Planck-Inštitútu pre neurobiológiu napríklad sledujú, ako sa v mozgu myší vyvíjajú nové spojenia medzi nervovými bunkami: Dendrity jednej nervovej bunky majú desiatky tisíc drobných zhrubnutí, tzv. dendritických tŕňov, na ktorých leží väčšina synapsií. Tieto tŕne sa neustále menia. Takto sa môžu vytvárať a rušiť spojenia medzi nervovými bunkami veľmi rýchlo. Ak sa myšlienkové dráhy nepoužívajú, tŕne sa zmenšujú - zabúdame, čo sme sa naučili. Niektoré synapsie však vždy zostávajú, sú takpovediac v "Stand-by-režime". Keď sa neskôr opäť zaoberáme tým istým učebným obsahom, tieto synapsie slúžia ako začiatok nových spojení. Preto je napríklad oveľa jednoduchšie naučiť sa cudzí jazyk na druhýkrát.

Chaos v hlave
Mozog dospievajúcich je veľké stavenisko. Synapsy, ktoré už nie sú potrebné, zanikajú a čoraz viac axónov je obklopených myelínovými pošvami. Výsledkom je rýchlejší a kvalitnejší prenos informácií. Na konci tohto procesu je oveľa výkonnejší mozog s dobre fungujúcimi neuronálnymi sieťami. Počas zmien sa často stáva "chaotickým", pretože nie všetky oblasti mozgu dozrievajú rovnakou rýchlosťou. Limbický systém sa teraz rýchlo rozvíja - systém odmeňovania a emocionálne procesy získavajú na význame. Vo frontálnom laloku, kde sa plánujú činnosti a porovnávajú rôzne možnosti, je vývoj oveľa pomalší. To vysvetľuje, prečo dospievajúci často konajú neočakávane a riskantne.

Jazyky sa učíme obzvlášť dobre vo veku približne jedného roka až do puberty. Potom sa schopnosť učiť sa jazyky pomaly znižuje. Ale aj dospelí sa môžu veľmi dobre naučiť nový jazyk, ak chcú - dokázali to vedecké štúdie.

Na spracovanie jazyka musí niekoľko oblastí mozgu úzko spolupracovať. Niektoré sú dôležité pre štruktúru vety alebo gramatiku, iné pre význam slov. To sa dá ľahko pozorovať u malých detí: Zväzky nervových vlákien, ktoré spájajú jednotlivé oblasti mozgu ako dátové diaľnice, sa vyvíjajú len postupne. Preto deti len postupne chápu zložité vety alebo ich samy vytvárajú. Tempo učenia sa líši: niektoré deti hovoria prvé slová už v ôsmich mesiacoch, iné začínajú hovoriť až vo veku viac ako dvoch rokov.

Jazyk robí človeka
Podľa Angely Friedericiovej, riaditeľky Inštitútu Maxa Plancka pre kognitívne a mozgové vedy v Lipsku, je jazyk to, čo robí ľudí ľuďmi. Niektoré zvieratá, napríklad opice alebo psy, sa dokážu naučiť význam jednotlivých slov, ale iba ľudia dokážu logicky a podľa pevne stanovených pravidiel spájať časti reči. Friedericiová a jej kolegovia skúmajú predovšetkým dozrievanie mozgu, ktoré zohráva rozhodujúcu úlohu pri vývoji jazyka. Je to preto, že jednotlivé oblasti mozgu zodpovedné za jazyk sa vyvíjajú rôznym tempom. Približne do veku troch rokov je centrom nášho jazyka takzvaná Wernickeho oblasť (porozumenie jazyka) v spánkovom laloku. Až potom sa postupne pridáva druhá centrálna jazyková oblasť: Brocova oblasť (produkcia jazyka) v čelnej oblasti mozgu. Teraz je možné vytvárať zmysluplné, čoraz zložitejšie vety. Trvá však mnoho rokov, kým sa plne rozvinú spojovacie cesty medzi týmito dvoma oblasťami. Až na konci puberty dokážeme spracovať zložité formulácie rovnako rýchlo ako jednoduché.

Harmónia v jazyku a hudbe
Hudba a jazyk majú veľa spoločného. Podľa neuropsychologičky Daniely Sammlerovej z Max-Planck-Inštitútu pre empirickú estetiku sa tento fakt ukazuje napríklad vtedy, keď matka spieva svojmu dieťaťu pieseň alebo naň určitým spôsobom hovorí. Dieťa rozumie pocitom vyjadreným v tejto melódii. Podobne ako jazyk, aj hudba má v každej kultúre pevne stanovenú postupnosť tónov a harmónií - "gramatiku". Keď hudobníci porušia tieto pravidlá, aktivujú sa podobné oblasti mozgu ako pri gramatickej chybe vo vete.
Vďaka jazyku a hudbe ľudia vyvinuli dva spôsoby komunikácie, ktoré nemá žiadna iná živá bytosť. Daniela Sammlerová je presvedčená, že dôvodom je spracovanie informácií v mozgu. Jej výskumná skupina preto skúma význam melódií reči v našej komunikácii a tiež to, ako vnímame melódie v hudbe.
Klavirista hrá na špeciálne na tento účel spravenom klavíri, zatiaľ čo leží v magnetickej rezonancii. Vedec môže pozorovať jeho hru a mozgovú aktivitu.

Jazyk je v génoch
Niektorí ľudia sa dokážu dobre vyjadrovať a ľahko sa učia cudzie jazyky. Pre iných je to oveľa ťažšie. Závisí to aj od prostredia, ale predpoklad pre jazyk a reč je v našom genotype. Dôležitú úlohu zohráva gén FOXP2, ktorý objavil Simon Fisher v roku 1998 a často sa označuje ako "gén jazyka". Nemôže však byť jediným predpokladom pre jazyk, pretože FOXP2 sa nachádza aj u opíc, hlodavcov, vtákov a dokonca aj u rýb. Dnes vieme, že FOXP2 je takzvaný transkripčný faktor. Reguluje aktivitu až 1000 ďalších génov v neurobiologickej sieti. Neexistuje teda jediný "jazykový gén" - jazyk je veľmi zložitý, dokonca aj na genetickej úrovni. Vedci z Fisherovho oddelenia v Max- Planck-Inštitúte pre psycholingvistiku chcú preto rozlúštiť genetické a neurobiologické siete, ktoré umožňujú jazyk a reč.