Fragmenty
Rozdział 3. Bodźce i receptory
Do wywołania wrażenia niezbędne są trzy podstawowe, zestrojone z sobą, elementy. Po pierwsze, komórki zmysłowe, które odbierają konkretne bodźce fizykalne lub chemiczne, receptory. Mimo różnego „stylu budowy” łączy je jedno: wszystkie bodźce przetwarzają na bardzo małe impulsy elektryczne. Po drugie, każdy receptor musi być podpięty do „przewodu elektrycznego” – włókna nerwowego – żeby impulsy natychmiast nie „wsiąkły”. Po trzecie, wyspecjalizowane komórki, które je wychwycą, posortują i zanalizują – neurony. Znajdują się one w rdzeniu kręgowym, w mózgu, siatkówce oka i ścianie jelita. Uszkodzenie lub brak jednego z elementów uniemożliwia lub zaburza proces poznawczy.
Rozmieszczenie receptorów w organizmie przebiega według charakterystycznego wzorca: odpowiedzialne za widzenie znajdują się w siatkówce oka, za słyszenie w uchu wewnętrznym, za węch w nosie, a za smak na języku. We wszystkich czterech przypadkach znajdują się w „swoim” narządzie zmysłu, czyli tam, gdzie odbywa się stymulacja. Zasada ta nie dotyczy zmysłu dotyku. Jego receptory znajdują się niemal wszędzie, poza mózgiem, tkanką chrzęstną i rogówką oraz większością organów wewnętrznych (na przykład płucami, nerkami i śledzioną).
Z uwagi na dużą powierzchnię – około dwa metry kwadratowe, co odpowiada obrusowi średniej wielkości – skóra jest nie tylko największym organem człowieka, lecz zawiera także ogromną liczbę receptorów dotykowych. Szczególnie licznie występują w torebkach włosowych, na opuszkach palców, języku, genitaliach i w ustach. Jednak to nie w tych partiach ciała znajduje się ich najwięcej, lecz w pozostałej tkance łącznej – łącznie z okostną – poza tym w śluzówce, w ściankach tętnic i arterii, mięśniach, ścięgnach i stawach.
Gdyby poćwiartować ludzkie ciało na kwadraty o boku jednego milimetra, to, w zależności od części, w każdej znajdzie się od kilkuset do tysiąca sensorów. Tę zdumiewającą liczbę należy przypisać temu, że różne typy receptorów znajdują się równocześnie w poszczególnych partiach ciała. Jedne reagują na krócej, inne na dłużej trwające odkształcenia tkanki, jeszcze inne rejestrują zmiany napięcia mięśni, tętnic lub włókien tkanki łącznej. Istnieją także receptory wrażliwe na ból i temperaturę oraz odbierające zmianę prędkości w tkance lub w całym organizmie. W zależności od klasyfikacji anatomicznej rozróżniamy około 10 typów sensorów.
Bez względu na stan pobudzenia fizycznego lub chemicznego każdy receptor generuje tak zwany potencjał spoczynkowy. Są to niewielkie kaskady impulsów elektrycznych wysyłanych ze stosunkowo stałą częstotliwością, które włóknami nerwowymi wędrują do mózgu. Dzięki temu każda komórka pobudliwa znajduje się w stanie permanentnej gotowości. Stand-by-mode, jakbyśmy to nazwali w naszej technologicznej cywilizacji. W tym stanie smartfon nieustannie wysyła sygnał do najbliższego masztu, dzięki czemu telefon może odebrać wiadomość lub ją wysłać. Potencjał spoczynkowy sprawia, że na przykład masaż relaksujący odczuwamy natychmiast, a nie dopiero po chwili. Jest również odpowiedzialny za to, że od otwarcia oczu do przyjęcia wrażenia wzrokowego mija ułamek sekundy.
Ta biologiczna zasada dotycząca aktywności receptorów oznacza, że w każdej sekundzie ogromna liczba pobudliwych komórek wysyła miliardy impulsów elektrycznych, które następnie mózg sensownie opracowuje. W porównaniu ze stanem spoczynkowym wrażenia oparte na pobudzonych fizykalno-chemicznie receptorach są neurobiologicznie przejrzyste. Można przypuszczać, że biologicznym fundamentem stałej świadomości naszego ciała i naszych świadomych działań jest właśnie tamten permanentny szum w tle. Lecz ta niewiarygodna liczba impulsów utrudnia też zrozumienie, jak powstaje świadoma percepcja.
Włosy czułe na dotyk
W lecie odkrywamy duże partie skóry i często siadają na niej malutkie, ledwie dostrzegalne gołym okiem insekty. Zwracamy na nie uwagę nie dlatego, że je widzimy, lecz dlatego, że je czujemy. Ich minimalna masa nie prowadzi do zauważalnych odkształceń skóry, może jednak delikatnie odgiąć rosnące na niej włoski. Zmianę położenia choćby jednego włoska odczujemy jako subtelne łaskotanie. To, że mikrogramowy insekt zwraca na siebie uwagę potężnego, w porównaniu z nim, organizmu, jest zasługą około pięciu milionów włosków na naszej skórze. Chociaż otoczenie i my sami najwięcej uwagi poświęcamy włosom na głowie, to – w zależności od wieku, płci i uwarunkowań genetycznych – stanowią one naprawdę niewielki procent naszego owłosienia. Zasadniczo około 80% ludzkiego ciała (u kobiet nieco mniej) pokryta jest włosami. Zupełnie nagie są tylko nieliczne partie – wnętrze dłoni, podeszwy stóp, wargi oraz miejscami genitalia. Włosy na ciele noszą różne nazwy, wszystkie jednak posiadają wspólną cechę – tworzą się w mieszkach włosowych. W zależności od typu włosów te biologiczne place budowy liczą od jednego do trzech milimetrów długości. Każdy włos wyrasta pod kątem około 70 stopni, ponieważ kieszonki włosowe leżą ukośnie w skórze. Kąt położenia się zmienia, gdy mamy tak zwaną gęsią skórkę, kiedy zmarzniemy, przeżywamy silne emocje lub przy delikatnym dotknięciu. Żeby włoski mogły się podnieść, w każdym (!) z około pięciu milionów mieszków uruchamia się malutki mięsień prostujący. Naprężając się, unosi nie tylko włos, lecz jednocześnie odkształca gruczoł łojowy mieszka, który wyrzuca swoją zawartość bezpośrednio na włos. W ten sposób włos jest natłuszczony i elastyczny. Mieszek włosowy otoczony jest siatką około 50 różnych receptorów dotykowych, czyli tylko na samo nasze owłosienie przypada około 250 milionów pobudliwych komórek.
Ogromna liczba i wyjątkowa wrażliwość włosów na ciele wskazują wyraźnie, że ten wyjątkowy składnik naszej skóry nie spełnia funkcji termicznej, lecz mechaniczno-ochronną. „Strzegą” nie tylko skóry, lecz także otworów ciała, by nic nie mogło się przez nie niepostrzeżenie przedostać. Bardzo duża wrażliwość włosów na ciele – a dokładniej mówiąc receptorów zgromadzonych wokół mieszka włosowego – pozwala na odbiór bodźców, zanim jeszcze poczujemy je na skórze. Dzięki dużym i radykalnym odległościom między nimi nasza skóra nie jest nadwrażliwa na dotyk.
Deszcz konfetti na skórze
Otworki w dziurkaczu zawierają mnóstwo okrągłych ścinków papieru, przypominających konfetti. Do naszego eksperymentu użyjemy jednak tylko jednego z nich. Osoba testowana swobodnie odchyla głowę na zagłówek krzesła i zamyka oczy, a prowadzący doświadczenie raz po raz spuszcza kawałeczek papieru na jej twarz. „Tester” ma nacisnąć guzik za każdym razem, gdy poczuje jego dotyk. Okazuje się, że każdy badany czuje dotknięcie ważącego 2,5 miligrama, czyli 0,0025 (!) grama, skrawka papieru. Ten sam wynik uzyskano, spuszczając konfetti na przedramię lub dłoń.
Następne doświadczenie jest trudniejsze. Użyjemy tylko jednej czwartej krążka. Można go ująć tylko pęsetą. Badani odczuwają jego dotyk na twarzy i przedramieniu. Czasem nie czują nic na opuszkach palców i wtedy w ich percepcję wkrada się niepokój. To pierwsza wskazówka, że zbliżamy się do granic wrażliwości taktylnej skóry.
Skoro skóra na twarzy lub przedramieniu odczuwa dotyk jednej czwartej konfetti, podnieśmy poprzeczkę jeszcze wyżej. W tym celu posłużymy się skrzydełkiem muchy domowej. Za pomocą urządzeń pomiarowych oznaczamy jego masę na 0,075 miligrama, czyli około 33 razy mniej niż ścinek papieru. Testerzy wracają na swoje miejsca, tym razem jednak z wacikiem w nosie i maską na ustach, żeby skrzydełko zamiast na twarzy, nie wylądowało w czeluściach laboratorium. Trudno w to uwierzyć, ale naprawdę czują dotknięcie mikroskopijnego przedmiotu na twarzy – przynajmniej na niektórych jej partiach. Szczególnie na czole. Tam, gdzie włosy występują w małej ilości lub wcale, wrażenie nie zostaje zarejestrowane, podobnie jak na przedramionach i wnętrzach dłoni. Granica wrażeń taktylnych zostaje osiągnięta.
Ten niewielki eksperyment pokazał, że do świadomego odbioru pasywnych bodźców dotykowych potrzebna jest niewielka siła. Odpowiadają za to dwa typy receptorów. Znajdują się one w drugiej i trzeciej warstwie skóry oraz w mieszkach włosowych, czyli najbliżej świata zewnętrznego. Tak więc niewielkie nawet odkształcenie skóry lub włosków wyzwala sygnał do mózgu. Receptory te noszą nazwę „wolnych zakończeń nerwowych”. Poza tym, że odbierają bodźce bólowe, są wrażliwe na zmiany temperatury, substancje chemiczne i bardzo lekki ucisk mechaniczny.
Według pobieżnych obliczeń tylko skóra dorosłego człowieka zawiera około 200 milionów tego typu receptorów. Poza tym rozmieszczone są także w całej pozostałej tkance podskórnej. Jesteśmy w stanie podać tylko orientacyjne liczby. Zakłada się, że na całkowitą masę tkanki łącznej, czyli około 5 kilogramów, przypada 100 milionów wolnych zakończeń nerwowych5. Dokładniejsze dane nie są obecnie możliwe, ponieważ wciąż następują coraz to nowe odkrycia nowych wyspecjalizowanych neuronów. Pewne ich grupy odpowiedzialne są wyłącznie za świąd w kontakcie z substancjami chemicznymi. Inne, występujące tylko w mieszku włosowym, reagują na bardzo lekki ucisk i niewielkie odkształcenie tkanek. To one są odpowiedzialne za wywoływanie przyjemnych odczuć w ramach kontaktów społecznych6. Różnorodność ich funkcji czyni z nich sensoryczne omnibusy.
Duże znaczenie w odbiorze lekkich doznań powierzchniowych ma kolejny typ receptorów: ciałka dotykowe Meissnera. Znajdują się w trzeciej warstwie skóry owłosionej i nieowłosionej – i prawdopodobnie tylko tam. Ciałka Meissnera mają bardzo skomplikowaną budowę złożoną z wielu warstw blaszek. Reagują na szybko zmieniające się bodźce uciskowe o częstotliwości 30 razy na sekundę (30 herców). Na szybsze zmiany nie są wrażliwe. Ich zadanie to zatem rejestrowanie przede wszystkim czasu trwania odkształcenia skóry. Przestają reagować przy dłuższym ucisku. Na przykład jeśli do buta dostanie się mały kamyczek, receptory na podeszwie stopy zarejestrują bodziec natychmiast. Z racji swej wielkości są wdzięcznym obiektem szczegółowych badań pod mikroskopem. Analizy doprowadziły do zaskakująco wielu odkryć. Wiadomo na przykład, że ich liczba maleje z wiekiem7. Czteroletnie dziecko ma dwa razy więcej ciałek dotykowych niż dorosły. Na jednym milimetrze kwadratowym opuszki palca dwudziestolatka mieści się około 30 receptorów Meissnera, czyli na całej skórze mniej więcej 60 milionów.
Bodźce, które potrafią zaleźć za skórę
Jesteście państwo w komisie samochodowym z zaufanym mechanikiem. Pod względem technicznym wszystko wydaje się w jak najlepszym porządku – lecz czego mogą dowiedzieć się palce, gdy zawiodą oczy? Mechanik delikatnie przesuwa wnętrzem dłoni i opuszkami palców po całej powierzchni samochodu, jak podczas seansu spirytystycznego. Dzięki temu wyczuwa najdrobniejsze, niewiele większe od kilku mikrometrów, nierówności niewidoczne dla oka. Powstają one w wyniku powtórnego lakierowania, całkiem więc możliwe, że to auto powypadkowe.
Co sprawia, że tak drobne różnice na powierzchni są rozpoznawalne? Czy taką umiejętnością dysponują tylko mechanicy samochodowi, czy dysponuje nią także każdy z nas? My również mamy na co dzień kontakt z różnego rodzaju porowatymi i kanciastymi powłokami, podobnymi do polakierowanej ponownie karoserii. Na przykład gdy szukamy początku taśmy klejącej. Przeważnie jest niewidoczny, lecz czubkami palców jesteśmy w stanie wyczuć nierówność o wysokości około 41 mikrometrów, czyli 0,41 (!) milimetra. Dla aktywnej części ludzkiego zmysłu dotyku różnica ta jest stosunkowo duża, ponieważ – jak wykazały doświadczenia – zdrowy człowiek wyczuwa załamanie powierzchni o wysokości zaledwie jednego mikrometra.
Zakres swojej percepcji haptycznej możemy sprawdzić nie tylko na karoserii samochodowej lub taśmie klejącej, lecz także na laserowym wydruku. Proszę wydrukować dwie linie na zwykłym papierze i z zamkniętymi oczami spróbować wyczuć palcem – wszystko jedno którym – drobniutkie zgrubienie. Różnica w gładkości powierzchni wynosi koło 15–20 mikrometrów. Jeśli sprawi to kłopot osobie praworęcznej, niech spróbuje lewą ręką. Przez to, że prawa dłoń wykonuje na co dzień więcej czynności, jej wrażliwość na dotyk jest mniejsza. Poza tym sygnały wysyłane z lewej ręki analizuje prawa półkula mózgu, która opracowuje bodźce haptyczne prędzej i efektywniej. Do wymacania drobnych nierówności lepiej zatem użyć palców lewej dłoni.
Chociaż specyfika tych bardzo interesujących mechanizmów sensorycznych nie jest do końca znana, to w badaniu powierzchni biorą niewątpliwie udział liczne typy receptorów dotykowych. Oprócz wspomnianych już ciałek Meissnera i wolnych zakończeń nerwowych swój wkład mają również receptory Merkla. Zlokalizowane są w warstwie podstawowej naskórka, zwłaszcza w pobliżu włosów i w śluzówce. Ich wielkość wynosi zaledwie 9–19 mikrometrów. Na każdym milimetrze kwadratowym skóry znajduje się około 50 komórek Merkla, czyli na całej jej powierzchni mniej więcej 100 milionów. Ich cechą charakterystyczną jest rejestrowanie zarówno dłuższego ucisku, jak i zmiany natężenia drgań, czyli wibracji. Pocierając palcem po powierzchni w poszukiwaniu nierówności, generujemy w skórze niewielkie drgania. Ich amplituda jest tak mała, że zazwyczaj świadomie jej nie odczuwamy. Najprawdopodobniej wrażliwość receptorów Merkla na wibracje odgrywa decydującą rolę w wyczuwaniu drobnych nierówności powierzchni.
Ruchy tektoniczne skorupy ziemskiej mogą doprowadzić do trzęsienia Ziemi, którego skutkiem są odczuwalne wibracje. Dużo mniejsze drgania wywołuje odpowiednia funkcja w smartfonie. Są tak niewielkie, że odczujemy je tylko, gdy mamy telefon blisko ciała. Bez porównania mniejsze powstają podczas pisania na papierze. Jego chropowatość i właściwości końcówki ołówka wywołują mikroskopijne wibracje, które sztyft przenosi na opuszki palców. Za pomocą specjalnych urządzeń drgania te można zobaczyć na wykresie i zmierzyć. Po odpowiednim treningu uważności wyczujemy je sami. Najlepszym ćwiczeniem będzie pisanie na przemian na ekranie dotykowym i na papierze. Digitalny pisak nie wywoła na szklanej powierzchni żadnych wibracji, brakuje bowiem siły tarcia i oporu materii – z tego względu pisanie na ekranie wymaga przede wszystkim opanowania precyzyjnych umiejętności motorycznych. Natomiast mikrowibracje wywołane pisaniem po papierze wymagają nie tylko stałego kontrolowania ruchów, lecz także nieświadomej oceny jakości haptycznych ołówka i papieru. Im regularniejsze wibracje, tym sprawniej przebiega proces pisania.
Za rejestrowanie mniejszych i większych wibracji odpowiada głównie typ receptorów, który na cześć swoich odkrywców, Abrahama Vatera i Fillippo Paciniego, nosi nazwę ciałek Vatera-Paciniego. Znajdują się one w głębokich warstwach skóry oraz w tkance łącznej różnych organów i istocie międzykomórkowej mięśni. Poza tym w torebce stawowej stawu kolanowego i genitaliach. Ich długość wynosi do 500 mikrometrów, a przekrój do 200, co czyni z nich największe receptory układu dotykowego. Budową przypominają długie kolby. Każdy z nich składa się z 50 cieniutkich warstw blaszek otoczonych włóknem nerwowym.
Odkształcone na dłużej blaszki uginają się jak połączone z sobą amortyzatory, co zapobiega przedostaniu się bodźca do wnętrza receptora. Jeśli siła ucisku raz maleje, raz rośnie, mechanizm zostaje przerwany i uwolnione impulsy wędrują dalej włóknami nerwowymi. Tangoreceptory Vatera-Paciniego reagują na drgania o częstotliwości 10–1000 herców. Jeden herc to dziesięć drgań na sekundę. Zadziwiająca jest nie tylko wysoka wrażliwość tych komórek; do zarejestrowania wibracji wystarczą bowiem nawet najmniejsze wahania amplitudy drgań, mierzone w nanometrach (1 nanometr = jedna milionowa milimetra).
Zgodnie z zakrojonymi na szeroką skalę badaniami różne części palca posiadają inną wrażliwość na wibracje. Zarówno niskie (40 herców), jak i bardzo wysokie (300 herców) frekwencje nie są odbierane – jak można by przypuszczać – przez opuszki, lecz paliczki położone wyżej. Wszechobecność komórek Vatera-Paciniego w naszym ciele sprawia, że pełnią funkcję ochronną i ostrzegawczą. Według obliczeń we wnętrzu dłoni i na podeszwie stopy znajduje się 200–600 tych komórek. W każdym uchu wewnętrznym człowieka znajduje się sześć, a w trzustce osiem tego typu receptorów.
Rozdział 4 . Ograniczone uczucia
Wszystkie procesy życiowe na Ziemi zachodzą w czasie. Biologiczne zmiany w organizmie towarzyszą nam od pierwszych podziałów komórki aż do śmierci. To prawo natury dotyczy także naszych układów zmysłów. Po wydłużonej fazie wzrostu i dojrzewania, która trwa mniej więcej do 24. roku życia, znajdują się w zenicie swoich możliwości. Także zmysł dotyku oraz jego podsystemy osiągają swoje apogeum rozwojowe. Po zakończeniu okresu dojrzewania cykl życia zmienia się powoli, lecz zasadniczo. Zaczyna się po prostu faza starzenia. Ze względu na tak poważny wpływ czasu na nasz organizm naukowcy starają się zrozumieć podstawy zmian biologicznych w ciągu życia. Jedni w nadziei na możliwość eliminacji chorób, a nawet przechytrzenia procesów starzenia, inni w poszukiwaniu uniwersalnych zasad, niezależnych od warunków życia na Ziemi.
By uchwycić zmiany zachodzące w zdolnościach poznawczych człowieka, trzeba ustalić obiektywną metodę badania któregoś z narządów zmysłów lub jego części. Jedną z funkcji zmysłu dotyku jest wrażliwość na ucisk i odkształcenia włosów. Do doświadczeń stosujemy specjalne nici z tworzywa sztucznego, tak zwane monofilamenty Semmesa-Weinsteina. Po przyłożeniu do skóry i lekkim naciśnięciu włókno się ugina. Siłę ucisku można zmierzyć. Najcieńszy filament ugina się po osiągnięciu nacisku 0,008 grama, najgrubszy 300 gramów.
W badaniu klinicznym lub podczas eksperymentu badani nie widzą odpowiedniego fragmentu skóry. Dotyka się najpierw grubym, następnie coraz cieńszym włóknem, po czym dana osoba ma powiedzieć, czy odczuwa bodziec. Stopniowe zwiększanie i zmniejszanie nacisku pozwala stwierdzić, przy którym filamencie jest jeszcze rejestrowany. Wartość ta, tak zwany próg dotykowy (krótko próg), stanowi obiektywny parametr wrażliwości. „Niski próg” oznacza wysoką wrażliwość, „wysoki”, że do wywołania reakcji konieczny jest bardzo silny bodziec. Osoba z „wysokim progiem” uchodzi za niewrażliwą.
Na podstawie tego typu testów wiemy już, że największą wrażliwość sensoryczną wykazują dłonie i stopy osób w wieku 10–19 lat1. Niewielkie zmiany zachodzą do 30. roku życia albo w ogóle. Po trzydziestce, w modułach dziesięcioletnich, występuje wyraźna tendencja do obniżania wrażliwości. Młody człowiek odczuwa ucisk opuszki palca o sile 10 miligramów, natomiast siedemdziesięciolatek dopiero o sile 300 miligramów. Podobnie jak wszystkie inne zmysł dotyku również traci wrażliwość z wiekiem.
Warto zauważyć, że od 70. roku życia wrażliwość na dotyk tracą głównie podeszwy stóp. O ile stopy i palce młodej osoby rejestrują pojedynczy bodziec o sile 300 miligramów, to osoba starsza potrzebuje już aż czterech gramów. Za ten skutek odpowiedzialny jest najprawdopodobniej ubytek ciałek Meissnera3. Na milimetrze kwadratowym skóry wielkiego palca stopy osoby czterdziestotrzyletniej znajduje się około siedmiu receptorów Meissnera, człowiek siedemdziesięcioletni ma ich natomiast już tylko trzy. Ich zanik stanowi prawdopodobne wyjaśnienie słabszej reakcji na stosunkowo niewielkie różnice w ucisku u osób w podeszłym wieku. Od 70. roku życia wibracje muszą być dużo silniejsze, by stopa odebrała drgania o częstotliwości 25 herców.
Te szczegółowe ekspertyzy dotyczące zmian wrażliwości na dotyk od pewnego wieku są bardzo interesujące ze względu na toczącą się od niedawna w kręgach naukowych ożywioną dyskusję na temat znaczenia wrażliwości podeszew stóp w kontrolowaniu równowagi podczas chodzenia. Do pewnego stopnia wszyscy zgadzają się, że oprócz stabilnej i przystosowanej do pozycji pionowej muskulatury dużą rolę odgrywają także, lekceważone do tej pory, receptory dotykowe stóp. Ich zanik również może być powodem chwiejnego chodu osób w starszym wieku.
Badania nad zmianami wrażliwości zdrowych ludzi wykazują, że wraz z upływem czasu maleją możliwości wszystkich podsystemów narządu dotyku6. Czy jednak aktywna część tego zmysłu również traci wrażliwość? Odpowiedzi na to pytanie udzieli test, w którym badani mają aktywnie rozpoznać przedmiot za pomocą samych palców. Opracowaliśmy haptyczny test progowy, w którym należało obmacać i ustawić w pozycji horyzontalnej relief osłonięty nieprzejrzystym materiałem. Wzór stawał się coraz płytszy i coraz gęstszy, co znacznie utrudniało zadanie.
Przy odpowiedniej koncentracji linie można było wyczuć jednym lub kilkoma palcami, a następnie ułożyć relief w pozycji horyzontalnej. Im większymi umiejętnościami haptycznymi dysponowała dana osoba, tym lepiej rozpoznawała coraz delikatniejszy wzór.
Do tej pory test ten został przeprowadzony na 400 badanych w różnym wieku. Jak w każdym prostym teście na wrażliwość sensoryczną tu także zaznaczyła się podobna tendencja: wydolność dotykowa malała po 40. roku życia, niezależnie od płci. Nie wyciągajmy jednak zbyt pochopnie ogólnych wniosków. Do innego doświadczenia zaprosiliśmy 70 czynnych zawodowo fizjoterapeutów w wieku 34–50 lat (z dodatkowym wyszkoleniem osteopatycznym lub bez niego). Co ciekawe, ta grupa zawodowa nie mogła narzekać na utratę wrażliwości haptycznej. U starszych była niekiedy nawet wyższa niż u młodszych. Wniosek nasuwa się sam: wymagania stawiane aktywnej części zmysłu dotyku pomagają zachować jego sprawność7. Ćwiczenia i używanie go do końca życia spowalniają utratę jego wrażliwości. Związanego z wiekiem biologicznym zaniku dużej części receptorów haptycznych nie da się wprawdzie uniknąć, lecz te, które pozostają jeszcze do dyspozycji, dostarczają odpowiedniej liczby informacji, które nasz mózg może analizować i przetwarzać. System nerwowy jest ostateczną instancją powstawania wrażeń. Trenowanie i ćwiczenie procesów poznawczych pozwala na sprawność nawet z ograniczoną liczbą bodźców. W poprzednim rozdziale opisaliśmy to, że zarówno bodźce taktylne, jak i haptyczne są rejestrowane przez różne typy receptorów. W razie utraty jednych możemy wykorzystać aktywność innych.
Wiek poza tym jest sprawą względną. Przeprowadziliśmy doświadczenie z udziałem studentów weterynarii. Podobnie jak fizjoterapeuci weterynarze są zdani przede wszystkim na swoje umiejętności dotykowe; podstawę ich diagnozy stanowi bowiem badanie palpacyjne, czyli obmacywanie pacjenta podczas leczenia lub terapii. W sposób oczywisty wynik badania jest uzależniony od ich umiejętności haptycznych.
Niektórzy koledzy z wydziału weterynarii Uniwersytetu w Lipsku traktują bardzo poważnie ćwiczenie zdolności palpacyjnych w warunkach klinicznych, postanowiliśmy więc zbadać, jak wygląda sprawa aktywnego dotyku u przyszłych lekarzy. W progowym teście haptycznym wzięli udział studenci drugiego i ósmego semestru. Młodsi mieli po 21 lat, starsi po 24 lata. Zakładaliśmy, że ze względu na niewielką różnicę wieku wszyscy uzyskają podobny wynik. Podejrzewaliśmy nawet, że starsi okażą się nieco lepsi ze względu na większe doświadczenie i liczbę ćwiczeń na symulatorach lub żywych zwierzętach. Tymczasem studenci ósmego semestru okazali się ogólnie znacznie gorsi. Czyżby odegrała rolę nawet tak drobna różnica wieku? Ze względu na możliwy wpływ innych czynników doświadczenie należało powtórzyć, mimo to badanie wskazywało na pewien problem w kształceniu młodych lekarzy: zamiast na praktykę i intensywne ćwiczenia palpacyjne nacisk kładzie się na naukę teorii. W konsekwencji przyszli weterynarze dysponują obszerną wiedzą teoretyczną, lecz miernymi umiejętnościami haptycznymi. W ostatnich latach wzrosła jednak liczba symulatorów. Obecnie prowadzi się badania nad tym, jaki wpływ ma intensywny trening palpacyjny na symulatorze na umiejętności diagnostyczne studentów w przypadku żywego zwierzęcia.
Granice możliwości symulatora
Każdy astronauta musi przejść specjalny trening zmysłu dotyku, który przygotuje go zwłaszcza do prac poza statkiem kosmicznym. Niezgrabny kombinezon, który wkłada, opuszczając stację, gwarantuje mu wprawdzie przeżycie, lecz także znacznie ogranicza swobodę ruchów. Musi więc dysponować wybitnymi umiejętnościami dotykowymi. Grube rękawice to przy tym tylko jeden z problemów. Ciśnienie panujące wewnątrz kostiumu i ciężki materiał utrudniają każdy ruch. Trwające do ośmiu godzin prace poza stacją są wyzwaniem nie tylko dla umiejętności kognitywnych, lecz także stanowią ekstremalne obciążenie fizyczne. Trudno więc zrozumieć pieszczotliwe określenia typu „spacerek w kosmosie”.
W celu efektywnego wykonania zadań w przestrzeni kosmicznej kandydaci na astronautów muszą przygotować się psychicznie i fizycznie do warunków pracy w kombinezonie w symulatorach jeszcze na Ziemi. Koniecznie muszą nauczyć się koordynować ruchy ciała w stanie nieważkości. Przyszli astronauci trenują, niekiedy miesiącami, w specjalnych zbiornikach wodnych, zbudowanych w skali na wzór statku kosmicznego. Opatuleni w kombinezony uczą się żyć w stanie nieważkości. Te proprioceptywne doświadczenia pomagają im dostosować ruchy ciała do warunków bez siły ciążenia, wyćwiczyć chwyty dłońmi w ciężkim kombinezonie i grubych rękawicach. Rysują, można by rzec, neuronalną mapę czynności i ruchów ciała w warunkach wyznaczonych przez skafander i stan nieważkości8. Wiadomo bowiem już od dawna, że ta specyficzna forma treningu zmysłu dotyku, niezbędna do stworzenia adekwatnego schematu ciała, jest niezwykle ważna. Ćwiczenia w basenach prowadzone są od 1968 roku. Obecnie do programów szkolenia włącza się wprawdzie coraz więcej elementów wirtualnych, lecz treningu sensoryczno-
-dotykowego nie da się zastąpić symulacją komputerową.
Środowisko naukowców, które domagało się, by praktyczną część szkolenia przeprowadzać również w wirtualnym świecie pikseli, musiało ze zgrzytaniem zębów przyjąć do wiadomości, że digitalna rzeczywistość ma swoje fizyczne granice: chirurgię. Supernowoczesne animacje w 3D oraz narzędzia wirtualno-haptyczne miały stworzyć wizualno-dotykową iluzję ludzkiego organizmu, na którym odbywała się symulacja zabiegów chirurgicznych. Przyszli lekarze powinny byli zdobywać zawód bez prawdziwych krwotoków i trzeszczenia kości, szybciej i wyjątkowo efektywnie – ponieważ digitalnie! Zdumiewające okazały się techniczne skutki takiego systemu kształcenia. Osiągnięcia naukowe studentów były raczej mierne, bo mimo ogólnoświatowych wysiłków nie udało się do dzisiaj – i pewnie nie uda się także w przyszłości – wirtualnie skopiować różnych typów elastyczności i twardości ludzkich tkanek. Przyszli chirurdzy muszą więc nadal uczyć się pobierać krew z własnych żył lub żył kolegów. Dobry lekarz musi umieć szybko i właściwie interpretować haptyczne informacje zwrotne tkanek, które przenoszą instrumenty medyczne. Im mniejsze i bardziej zagrażające życiu miejsce zabiegu, tym istotniejsza jest dotykowo-wzrokowa umiejętność doboru adekwatnego postępowania i odpowiednich narzędzi. Za przykład mogą tu posłużyć operacje na dysku kręgowym.
Wady wirtualnej edukacji chirurgów są już znane, próbuje się zatem odwzorować haptyczną złożoność ludzkiego organizmu na modelu naturalnej wielkości. W Hochschule für Technik, Wirtschaft und Kultur we współpracy z lipskim Wydziałem Medycyny pod kierownictwem Wernera Korba powstała nawet specjalna jednostka badawcza. Od 2010 roku instytucja ta zajmuje się konstruowaniem i prowadzeniem operacji na różnych modelach, których część została już przeznaczona do szkolenia chirurgów. Wyróżniają się one wyjątkową wiernością oryginałowi: właściwości fizyczne użytych materiałów zostały skopiowane niemal idealnie. Ścięgna, włókna nerwowe, kości i naczynia krwionośne zostały doskonale odwzorowane w przestrzeni. Przez żyły i tętnice płynie krew – co z tego, że sztuczna – a włókna nerwowe zaopatrzone są w czujniki elektroniczne, które reagują, gdy w trakcie operacji dojdzie do „zranienia”.
Zalety edukacji przyszłych chirurgów na kosztownych modelach widać dosłownie gołym okiem. Znakomite rezultaty studenci osiągają nie tylko w przeprowadzaniu skomplikowanych operacji, które wymagają wielkiej precyzji; uczą się także, na czym polega specyfika interakcji między narzędziem chirurgicznym a tkankami ciała. Praktyczne ćwiczenia na modelu cenią nie tylko młodzi adepci sztuki lekarskiej; doświadczeni chirurdzy również chętnie z nich korzystają. Interesują się ofertami różnych firm, które są w stanie dostarczyć na przykład dokładne kopie głowy, umożliwiające trening skomplikowanych zabiegów przed właściwą operacją. Modele te, wykonane w trzy- do pięciokrotnym powiększeniu na podstawie zdjęć rezonansu magnetycznego pacjenta, są wyposażone w naczynia krwionośne i włókna nerwowe. Chirurg może zapoznać się ze specyfiką organizmu pacjenta oraz haptycznie przygotować do czekającej go operacji.
