Odpowiedni trening umysłu może spowolnić proces starzenia. Magazyn Restorative Neurology and Neuroscience opublikował wyniki badań polskich naukowców. Po raz pierwszy na świecie udowodniono, że gry komputerowe usprawniające czasowe opracowanie informacji poprawiają funkcjonowanie umysłowe osób starszych. Efekty treningu utrzymują się co najmniej przez 18 miesięcy.

 

 

Z prof. dr hab. Elżbietą Szeląg, kierownikiem Pracowni Neuropsychologii w Instytucie Biologii Doświadczalnej im. M. Nenckiego PAN i Katedry Neurorehabilitacji SWPS, rozmawia Irena Fober.

Czy ucinając sobie partyjkę z komputerem, możemy usprawnić nasz umysł?
Tak, jeżeli będą to gry, które optymalizują działanie neuronalnej matrycy czasowej.

Jakie znaczenie dla mózgu ma czas?
Pamięć, uwaga, komunikacja językowa, podejmowanie decyzji, aktywność ruchowa, ewaluacja emocjonalna, wszystkie te funkcje mają swoją specyficzną dynamikę czasową. Rzadko zdajemy sobie sprawę, że mową  rządzą określone reguły czasowe -  spółgłoski zwarte: t, d, k, g w każdym języku trwają maksymalnie ok. 40 milisekund. Proszę spróbować przedłużyć głoskę t....

tyyy…., ale to już nie jest „t”, lecz „y”.
Cóż, tak nas wyposażyła ewolucja, że wymawiania pewnych spółgłosek nie można przedłużać. Kolejny przedział czasowy - ok. 200 ms – dotyczy sylab, następne piętro związane jest z płynną wypowiedzią. Po ciągu wyrazów, który trwa ok. 3 sekund, muszę zrobić przerwę. Dla mnie jest to przerwa logiczna, potrzebna, żeby zastanowić się, co dalej powiedzieć, a pani ma wtedy szansę, aby przetworzyć to, co powiedziałam. Te ciągi wyrazów nazywają się frazami (w piśmie są to zadania, po których stawiamy kropkę lub przecinek). Mierzyliśmy długość frazy u ludzi władających różnym językiem ojczystym. I niezależnie, czy mówili po polsku, angielsku, czy rosyjsku, wszędzie występowała segmentacja: tok mówienia – pauza. Takie 3-sekundowe okna występują również u ludzi mówiących po chińsku, który jest językiem tonalnym, a nie fonetycznym. Zmierzyliśmy też, jak długo trwa fraza w przypadku zaburzonej płynności wypowiedzi, czyli u osób jąkających się. I co się okazało? Jest ona prawie dwa razy dłuższa, trwa nawet od 5 do 7 sekund. Dlatego tak niechętnie słuchamy jąkających się ludzi. Nie wynika to z naszego  złego wychowania, lekceważenia czy złej woli, lecz jest efektem innego działania mechanizmów mózgowych kontrolujących mowę. Mózg słuchacza jest już przygotowany na następną treść, a osoba jąkająca się spóźnia.

Ciekawe, że 3- sekundowe okno dotyczy nie tylko mowy, ale również innych aspektów funkcjonowania człowieka. Jest wiele dowodów, które pokazują, że mowa i ruch są funkcjami ściśle powiązanymi . Rysowanie szlaczków inspiruje rozwój językowy dzieci, zaś u pacjentów po udarze stosuje się ćwiczenia ruchowe ręki. Powiązania ”mowa-ruch” mają swoje uzasadnienie w bliskości neuroanatomicznej reprezentacji ruchowo-czuciowej ręki i aparatu artykulacyjnego. Wiele dowodów wskazuje, że obie te funkcje są osadzone na wspólnym programie neuronalnym. Indianie z Wenezueli, Papuasi z Nowej Gwinei albo afrykańscy buszmeni operując narzędziami po 3 sekundach aktywności robią przerwę. Różne kulturowo nabyte  gesty naturalne, podrapywanie się, potakiwanie, zaprzeczanie, machanie ręką na pożegnanie też trwają ok. 2-3 sekundy. Myślę, że niezręcznie by się pani poczuła, gdybym podając rękę na powitanie, przetrzymała pani dłoń. Zazwyczaj odbieramy to awersyjnie, gdyż  jesteśmy przyzwyczajeni do czegoś innego. Pani mózg działa w standardzie 3-sekundowego okna, a ja przedłużając uścisk, wychodzę z ram tej naturalnej matrycy czasowej.

Czy mózgi naszych najbliższych krewniaków też działają w ten sposób?

Badania etologiczne przeprowadzone przez niemieckich naukowców na szympansach i pawianach wykazały, że ich aktywność ruchowa, np. gdy poklepują się albo sięgają kijem po banana, jest podobnie segmentowana. Im małpa stoi niżej w rozwoju, tym segment ruchowy trwa krócej. Wynika z tego, że matryca neuronalna jest nam przekazana ewolucyjnie. Jeżeli przyjmiemy, że na tej matrycy zasadza się komunikacja językowa, może to oznaczać, iż małpy człekokształtne mają neuronalne zręby do nauki języka migowego, aczkolwiek możliwości nabycia tej umiejętności są bardzo kontrowersyjne.

A ludzie posługujący się językiem migowym?

Niesłyszące dziecko, które ma głuchych rodziców, przechodzi te same etapy rozwoju mowy, co dziecko słyszące. Najpierw jest to okres gaworzenia manualnego, potem tworzenia wyrazów w języku migowym, później zdań, w których zachowana jest  segmentacja czasowa podobna do istniejącej w języku oralnym. Czyli język migowy i oralny bazują na tym samym podłożu neuronalnym, jedynie wyjście z systemu jest inne – albo przez aparat artykulacyjny, albo przez ruchy ręki .

Mamy dowody, że podobna segmentacja czasowa występuje w przypadku każdej funkcji poznawczej. Na tej samej matrycy neuronalnej osadzony jest język, pamięć, uwaga, ocena emocjonalna, wykonywanie ruchu, planowanie i podejmowanie decyzji.

Co dzieje się, gdy ta matryca czasowa ulegnie rozregulowaniu?

Wówczas pojawiają się zaburzenia funkcji poznawczych. Około 30% dzieci nie rozwija w sposób naturalny komunikacji językowej. Wśród nich jest grupa dzieci, których rozwój motoryczny i intelektualny jest prawidłowy, a zaburzona jest jedynie domena językowa. Pod wpływem ćwiczeń logopedycznych albo stymulacji środowiskowej w większości przypadków mowa w końcu zaczyna doganiać wiek biologiczny. Pozostaje jednak spory odsetek dzieci, u których mimo intensywnej rehabilitacji rozwój języka ciągle szwankuje. Los tych dzieci jest bardzo ciężki, ponieważ wiele z nich nigdy nie opanuje w pełni komunikacji językowej. Gdy 3-latek mówi tylko kilka wyrazów, pediatrzy najczęściej zalecają czekanie, ale czekanie nie ma sensu, gdyż mijają okresy krytyczne dla rozwoju mowy, które wiążą się z aktywnym rozwojem sieci neuronalnej. Nie da się opanować mowy w wieku kilkunastu lat. U podłoża takich problemów nie leży uszkodzenie mózgu, ale deficyt występuje w sferze funkcjonalnej, gdyż sieć neuronalna nieprawidłowo przewodzi informacje. Dzieci z wadliwym działaniem matryc czasowych nie stosują pełnych form gramatycznych, mają ubogie słownictwo, nie rozumieją wszystkiego, co przy często wysokim ilorazie inteligencji daje poczucie ograniczenia.

Podobny problem występuje u dorosłych, którzy przeszli udar mózgu. W jego wyniku ok. 60% pacjentów traci w różnym stopniu kompetencję językową. Jedni nie rozumieją, co się do nich mówi, inni mają problemy z płynnym wypowiadaniem się, ograniczając frazę do jednego wyrazu. Pojawiają się kłopoty z aktualizacją słowa - taka osoba patrząc np. na filiżankę, mówi "to coś z białym uchem". W wielu przypadkach problemy wynikają ze zniszczenia neuronalnej sieci przedjęzykowej.

Czy matryce czasowe również starzeją się?
Spektakularnym przejawem  zdrowego starzenia się jest spowolnienie. Ma ono  wpływ na działanie mechanizmów, które obsługują „zegary mózgowe”, czyli różne poziomy czasowego opracowywania informacji. Starszy człowiek porusza się wolniej i mówi wolniej, wolniej przetwarza informacje, dlatego do starszych ludzi należy mówić wolniej. U osób w podeszłym wieku (normy światowe określają próg starości powyżej 65 roku życia) głównym problemem jest słabsza pamięć, koncentracja uwagi, gorsze przetwarzanie informacji.

Czy można temu zaradzić?
Do tej pory zalecano ćwiczenia wybiórczo ukierunkowane na usprawnienie poszczególnych funkcji poznawczych. My postanowiliśmy dobrać się do leżących u ich podstaw mechanizmów i spróbować zoptymalizować działanie matrycy czasowej. Skoro bowiem działanie umysłu zasadza się w oknach czasowych, zaś w różnych deficytach te okna są zaburzone, odwracamy kota ogonem: usprawniamy okna i patrzymy, czy poprawi się funkcjonowanie umysłowe. I to właśnie udokumentowaliśmy w naszych badaniach - nastąpił transfer poprawy na funkcje, których bezpośrednio wcale nie trenowaliśmy – pamięć, uwagę, zdolność uczenia się.

Jak naprawia się matryce czasowe?
Służą do tego odpowiednio skonstruowane gry komputerowe. W naszych badaniach korzystaliśmy z programu Fast ForWord, opracowanego w amerykańskiej firmie Scientific Learning. Nie jest to jednak program przystosowany dla Polaków, dlatego wybraliśmy z niego tylko niektóre, niewerbalne zadania. Np. przez słuchawki prezentowane są bardzo szybko następujące po sobie bodźce dźwiękowe. To, co pani usłyszy, zależy od przerwy, która je oddziela – jeśli jest bardzo krótka, zlewają się w jeden dźwięk. Gdy okienko jest większe niż 5 ms, słyszy pani dwa dźwięki, ale nie ma pewności, który z nich był pierwszy, a który drugi. Zdrowe, młode osoby potrzebują ok. 40 - 70 ms przerwy do zidentyfikowania sekwencji dźwięków. Mózg ludzi po 60. roku życia wymaga tu znacznie dłuższego okna czasowego. W przypadku niemal wszystkich narządów zmysłów  okienko pozwalające na rozróżnienie kolejności, czyli porządku w czasie dwóch bodźców wynosi kilkadziesiąt milisekund. Okna czasowe wyraźnie  przekładają się na uczenie, które polega na tworzeniu się asocjacji pomiędzy dwoma sytuacjami – np. miejsca z bodźcem. Gdy na ekranie pojawiają się różne bodźce, trzeba zapamiętać, w którym miejscu znalazł się określony element.

Skąd wiadomo, że tak proste ćwiczenia rzeczywiście poprawiają pamięć?

Nie wystarczy, kiedy wnuczek powie, że chyba się babci poprawiło. Potrzebny jest warsztat diagnostyczny do oceny matryc czasowych. Opracowaliśmy pakiet kilkudziesięciu procedur, zweryfikowanych w badaniach międzynarodowych, głównie we współpracy z prof. Ernstem Pöppelem z Monachium, klasykiem badań nad czasem, oraz naukowcami z uniwersytetu w Pekinie. Mamy więc perfekcyjną baterię diagnostyczną, dzięki której możemy m.in. określić, jakie matryce czasowe uległy zaburzeniu, a potem przeprowadzić numeryczną ocenę różnych rodzajów pamięci oraz kilkunastu aspektów uwagi. Efekt ćwiczeń jest bardzo stabilny, badania wykazały, że u osób w podeszłym wieku poprawa funkcji poznawczych utrzymuje się nawet po 18 miesiącach od zakończenia treningu składającego się z 32 sesji.

Amerykański program wykazał skuteczność, jednak niewątpliwie byłaby ona większa, gdyby był to program przygotowany dla Polaków. Dlatego opatentowaliśmy swoją metodę trenowania w oknach czasowych, opracowaliśmy własne algorytmy. Nasze eksperymentalne testy bardzo dobrze sprawdzają się w pracy badawczej, ale jeśli chcemy, żeby trafiły do poradni, muszą być atrakcyjne i urozmaicone. Świetną okazją do zrobienia produktu rynkowego, który wykorzystuje ponad 20 lat pracy mojej i całego zespołu, są granty aplikacyjne, aczkolwiek muszę przyznać, że naukowcowi nie jest łatwo znaleźć partnera z przemysłu. Naukowiec wie, jak działają mechanizmy czasowe, ale jak działa rynek – wiedzę ma zerową. Cel projektu jest ambitny, mamy pół roku na zrobienie prototypu programu dla Polaków. Powstaną dwie wersje, dla dzieci, u których zaburzenia mowy i języka wynikają z wadliwego działania matryc czasowych, oraz dla seniorów 65+. Produkt nie będzie drogi, ponieważ nie jest naszym celem stworzenie elitarnego programu dostępnego tylko w kilku poradniach.

Czy ćwiczenie matrycy czasowej może też spowolnić przebieg choroby Alzheimera?
Nie wiadomo jeszcze, czy u podstaw choroby Alzheimera  tkwią zaburzenia sieci neuronalnej i przekazywania informacji. Nie odważę się powiedzieć, że w przypadku głębokich deficytów o podłożu strukturalnym, jak odkładanie się płytek beta-amyloidu czy atrofie korowe  mózgu, tego rodzaju ćwiczenia mogą dać nadzieję, chociaż nie można wykluczyć, że w jakimś stopniu mogą złagodzić objawy choroby. Poza tym nie zapominajmy, że choroba Alzheimera w fazie przedklinicznej, kiedy jeszcze nie potrafimy jej zdiagnozować, rozwija się ok.12 lat. Pacjent zgłasza się z problemami z pamięcią, ale nie wiadomo, czy jest to po prostu zapominalstwo, łagodne zaburzenia poznawcze czy też zaburzenia poznawcze, które rozwiną się  w kierunku  demencji. Na tym etapie program mógłby być użyteczny, trzeba tylko uczciwie przyznać, że w tym przypadku efekt ćwiczeń nie jest potwierdzony badaniami.

A czy można podkręcić zdolności umysłowe zdrowych ludzi w średnim wieku?
Przeprowadziliśmy badania na studentach i muszę przyznać, że ich wyniki mnie zaskoczyły. Młode, sprawne umysłowo osoby, trenując matrycę czasową, poprawiły swoje funkcje poznawcze. Były to bardzo dokładne badania, z wykorzystaniem metod neuroobrazowych – EEG i funkcjonalnego rezonansu magnetycznego. Okazało się, że po terapii zmieniła się również aktywność sieci neuronalnej. Oznacza to, że osiągnięta poprawa funkcji poznawczych ma podstawy neuroanatomiczne.

Dziękuję za rozmowę.

Prof. Elżbieta Szeląg jest inicjatorką i wiceprzewodniczącą międzynarodowego programu TIMELY COST (6. Program Ramowy), który tworzy sieć prawie 200 naukowców z kilkunastu krajów zajmujących się badaniami zegarów mózgu, czyli czasowego przetwarzania informacji.