Roger Wolcott Sperry (1913–1994)

Úvod

V roce 1981 získali Nobelovu cenu za fyziologii nebo lékařství tři neurobiologové z amerických univerzit – rodilý Američan Roger Wolcott Sperry, rodilý Kanaďan David Hunter Hubel a rodilý Švéd Torsten Nils Wiesel (1). Následující článek představí životní osudy i objevy prvně jmenovaného.

Roger Wolcott Sperry přišel na svět 20. srpna 1913 v Hartfordu, hlavním městě amerického státu Connecticut (2), jako starší ze dvou synů bankovního úředníka Francise Bushnella Sperryho a učitelky na obchodní škole Florence Kraemer Sperryové (3). Dětství prožil na farmě za městem (4), základní školu vychodil na hartfordském předměstí Elmwood (2). Otec tehdy z veřejné knihovny přinesl Psychologii zakladatele tohoto oboru jako vědy Williama Jamese a zvídavý Roger do ní nahlédl poprvé (5). V 11 letech otce ztratil; matka pak oba chlapce vychovávala při práci zástupkyně ředitele školy (3) ve West Hartfordu, kam se osiřelá rodina přestěhovala (6).

Jako sportovec – kapitán školního basketbalového mužstva, hráč baseballu i americké kopané (7) a connecticutský rekordman v hodu oštěpem (6) – vynikal Roger na Střední škole Williama H. Halla ve West Hartfordu (2) i na Oberlin College v Ohiu (3), kam se v roce 1931 (7) přihlásil s plánem stát se lehkoatletickým trenérem (5). Zvolil studium angličtiny (2) a v roce 1935 dosáhl bakalářského titulu (3), svůj životní obor ale mezitím našel hned v první den výuky Úvodu do psychologie vedené průkopníkem fyziologie řeči (7) Raymondem H. Stetsonem (2); v poznámkách z úvodní přednášky (5) zformuloval svůj výzkumný program: „Kde vzniká chování? Co je účelem vědomí?” (6). Jako Stetsonův asistent (7) pak v roce 1937 obhájil magisterskou práci v oboru psychologie (2).

Průkaz předurčenosti a nepřizpůsobivosti motorického systému

S hlavou plnou problémů paměti, učení a vnímání nastoupil v roce 1938 na Chicagské univerzitě k doktorskému studiu zoologie u Paula A. Weisse (2), tvůrce všeobecně uznávané teorie rezonančního principu vývoje nervové soustavy (8), přesvědčeného o nekonečné tvárnosti funkce mozku, vzájemné zaměnitelnosti nervů a regulaci chování na základě zkušenosti, nikoli dědičnosti (7).

K ověření Weissovy domněnky o účinnosti reedukace po chirurgické záměně svalů či jejich nervů (2) přesazoval Sperry úpony flexorů a extenzorů zadních končetin krysy (The Functional Results of Muscle Transposition in the Hind Limb of the Rat. J Comp Neurol 1940; 73: 379–404), zaměňoval jejich inervaci (The Effect of Crossing Nerves to Antagonistic Muscles in the Hind Limb of the Rat. J Comp Neurol 1941; 75: 1–19) a posléze do pokusů zahrnul i přední končetiny; přes trpělivé úsilí o reedukaci však výsledkem každého pokusu byla trvalá nepřiměřenost pohybů, nenapravitelná transplantacemi, cvičením ani časem.

Sperry tak ve své doktorské práci (Functional Results of Crossing Nerves and Transposing Muscles in the Fore and Hind Limbs of the Rat, Chicago, 1941) Weissovu představu plasticity ústřední nervové soustavy vyvrátil a prokázal předurčenost a nepřizpůsobivost motorického systému.

Přetočený obraz světa

S doktorátem zoologie z Chicaga zahájil v roce 1941 postdoktorské studium selektivního růstu mozkových spojů u psychobiologa a Weissova stoupence Karla S. Lashleye (2) na Harvardově univerzitě a od roku 1942 v harvardském Yerkesově středisku biologie primátů v Orange Parku na Floridě (2).

Na obojživelnících s nervovou soustavou schopnou regenerace zkoumal neuronální specificitu v řadě studií s přetětím zrakového nervu, pootočením oka kolem osy o 180º a pozorováním, zda se navzdory rotaci oka obnoví po regeneraci normální vidění (což by znamenalo, že přenos obrazu vlákny pokračuje za řezem v přirostlých axonech původně jiných neuronů); Sperry však prokázal, že rotace oka o 180º přetáčí obraz světa vzhůru nohama a v pravolevém převrácení (že tedy obraz je z axonů nějak převáděn do jejich původních pokračování), a to natrvalo, neboť k žádné adaptaci pak nedochází (Effect of 180 Degree Rotation of the Retinal Field on Visuomotor Coordination. J Exp Zool 1943; 92: 263–279).

Vliv na neurochirurgickou praxi

Ve válečné práci pro Úřad vědeckého výzkumu a vývoje (2) v letech 1942–1945 svými poznatky o rigidní souvztažnosti vnímání a struktury mozku ovlivnil klinickou praxi neurochirurgie, jež následky nervových poranění řešila až dosud transplantací nervů do antagonistických svalových skupin a snahou o obnovu normální hybnosti přecvičováním s neuspokojivými výsledky (The Problem of Central Nervous Reorganization after Nerve Regeneration and Muscle Transposition. Q Rev Biol 1945; 20: 311–369).

V roce 1946 se Sperry vrátil na Chicagskou univerzitu jako assistant professor (2). V Ústavu anatomie soustředil pozornost na corpus callosum (2), velkou mozkovou komisuru, jíž dosud nerozuměli, ale bez nepříznivých následků ji přetínali Walter Dandy na Univerzitě Johnse Hopkinse pro zisk přístupu k nádorům III. mozkové komory a William Van Wagenen v Rochesteru pro léčebný účinek na rezistentní epilepsii, aniž pak Andrew Akelaitis nacházel vliv těchto zákroků na behaviorální, psychologické a kognitivní testy.

Také u Lashleyho, stejně jako předtím u Weisse, měl Sperry ověřit teorii svého supervizora – tentokrát Lashleyho princip ekvipotenciality (tedy vzájemné zastupitelnosti oblastí mozkové kůry). Pod stereomikroskopem pomocí subpiálních řezů, zkratovacích tantalových drátků a izolačních slídových destiček prokázal i Lashleyho omyl a pro anatomii objevil Mountcastleovy sloupce dříve než Mountcastle sám (Visual Pattern Perception Following Sub-pial Slicing and Tantalum Wire Implantations in the Visual Cortex. J Comp Physiol Psychol 1955; 48: 50–58, s N. Minerovou a R. Myersem). Každému z obou svých slavných učitelů tak sprovodil ze světa jednu všeobecně uznávanou teorii (9).

Syndrom oddělených hemisfér aneb „dva samostatné mozky“

1. prosince 1949 (3) se Sperry v kansaské Wichitě (6) oženil s bioložkou Normou Gay Deupreeovou, s níž měl později syna Glenna (1953) a dceru Janeth Hope (1963) (3). Od laboratorních opic užívaných k transplantacím nervů se krátce nato nakazil plicní tuberkulózou; při léčebném pobytu v Saranac Lake (6) v Adirondackých horách pak začal promýšlet koncept mysli a mozku (5), publikovaný o 3 roky později (Neurology and the Mind-Brain Problem. Am Sci 1952; 40: 291–312).

Po návratu z léčení získal v roce 1952 současně s hodností associate professor (u nás odpovídající docentuře) v oboru psychologie v Chicagu také jmenování přednostou Oddělení nervových chorob a slepoty Národních ústavů zdraví (NIH) v marylandské Bethesdě (2), tamní rekonstrukční práce však jeho nástup zdržely. Mezitím dostal nabídku profesury psychobiologie z Kalifornského technologického institutu (Caltech) v Pasadeně, přijal ji (6) a v roce 1954 nastoupil k výzkumu syndromu oddělených hemisfér neboli split brain (2) nejprve (1956) u koček (Relearning Tests for Interocular Transfer Following Division of Optic Chiasm and Corpus Callosum in Cats. J Compar Physiol Psych 1956; 49: 529–533, s J. S. Stammem a N. Minerovou), pak (1958) u opic a posléze (1962) u lidí (5) po kallosotomii pro těžkou epilepsii (9).

Zjistil, že mozek s oddělenými hemisférami se chová v mnoha ohledech jako dva samostatné mozky, což skýtá nové výzkumné možnosti (Cerebral Organization and Behavior. Science 1961; 133: 1749–1757). Během 60. let ve spolupráci s Josephem E. Bogenem, později studentem Michaelem Gazzanigou a mnoha dalšími soustavně probádal syndrom oddělených hemisfér (8).

K povaze vedení nervů ve vyvíjejícím se či regenerujícím nervovém systému nyní Sperry na základě výsledků svých pokusů (v protikladu k panujícímu mínění o nervech jako nespecifických vodičích přesvědčen, že buňky a vlákna mozku musí nést nějaký druh individuálních identifikačních značek pravděpodobně cytochemické povahy pro vzájemné rozlišování snad až po úroveň jednotlivých neuronů) vypracoval teorii chemoafinity a představil ji v řadě publikací, vrcholící v roce 1963 důležitým článkem (Chemoaffinity in the Orderly Growth of Nerve Fiber Patterns and Connections. Proc Natl Acad Sci USA 1963; 50: 703–710).

Po výzkumu na kočkách (1956) a opicích (1958) pak s psychobiologem Michaelem Gazzanigou dovršil studium syndromu oddělených hemisfér u lidí; u každé hemisféry prokázal vlastní vědomí, vnímání, myšlení a paměť, přičemž levá hemisféra dominuje v abstraktním myšlení, v interpretaci symbolických vztahů a v analýze detailů, řeči, psaní, matematice i řízení pohybové soustavy, kdežto pravá nekomunikuje s vnějším světem, nerozumí psanému projevu, adjektivům ani slovesům, sčítá jen do dvaceti a jinak počítat neumí, zato vyniká v konkrétním myšlení, pochopení a zpracování prostorových vjemů, vztahů a změn, jako je vnímání zvuku a hudby i vnímání složitých tvarů (Observations on Visual Perception after Disconnexion of the Cerebral Hemispheres in Man. Brain 1965; 88: 221–236, s M. Gazzanigou a J. E. Bogenem. – Language after Section of the Cerebral Commissures. Brain 1967; 90: 131–148, s M. Gazzanigou). Sperry objevil, že po přerušení vzájemného spojení obou hemisfér žije postižený jedinec s dvojím odděleným vědomím (Mental Unity Following Surgical Disconnection of the Cerebral Hemispheres. Harvey Lect 1966–1967; 62: 293–323).

Věda založená na mravních hodnotách

Zhoršující se amyotrofická laterální skleróza donutila Sperryho v 70. letech zanechat přednášení a laboratorní práci omezovat ve prospěch převážně filozofické literární tvorby (5). V roce 1976 byl zvolen zahraničním členem londýnské Královské společnosti (8). Tři roky nato dostal Wolfovu cenu za medicínu (3) i Cenu Alberta Laskera za základní lékařský výzkum (8) – dvě významné předzvěsti horké kandidatury ceny Nobelovy; tu potom v roce 1981 získali tři neurobiologové působící na amerických univerzitách a on byl skutečně mezi nimi. Polovina celkového obnosu 182 000 dolarů připadla Rogeru Wolcottu Sperrymu „za jeho objevy týkající se funkční specializace mozkových hemisfér,“ o zbytek se napůl dělili Kanaďan David Hunter Hubel a Švéd Torsten Nils Wiesel za objevy týkající se zpracování informace ve zrakové soustavě. Nobelovskou přednášku ve Stockholmu 8. prosince 1981 (Some Effects of Disconnecting the Cerebral Hemispheres. Science 1982; 217: 1223–1226) za autora přečetl a na slavnosti 10. prosince trojici laureátů švédskému králi představil profesor fyziologie Královského karolinského institutu David Ottoson (1).

V roce 1984 se Sperry vzdal řádné profesury psychobiologie (9) a působil na Caltechu dále jako professor emeritus (4). V roce 1989 dostal Národní medaili za vědu (10). Víru, že lidé spojí své kolektivní mysli ke zlepšení kvality života na Zemi i k zajištění holého přežití, vyjádřil mezi úvahami o subjektivní zkušenosti, vědomí a mysli v článku o dopadu a naději kognitivní revoluce (The Impact and Promise of the Cognitive Revolution. Am Psychol 1993; 48: 878–885). Ani po dvou desetiletích postupující choroby neustával v pilné práci, nepřestal si klást otázky a do posledních dnů před svým skonem na selhání srdce 17. dubna 1994 v pasadenské Huntingtonově nemocnici (10) promýšlel koncepci vědy založené na mravních hodnotách (9).

Korespondenční adresa

MUDr. Pavel Čech

Kabinet dějin lékařství 3. lékařské fakulty UK

Ruská 87

100 00  Praha 10

e-mail: pavel.cech@lf3.cuni.cz