Ljude je najviše fasciniralo kako funkcionira vid, za koji bi mnogi rekli da bi ga se najteže odrekli od svih pet osjetila. Prvi važan napredak, nagrađen Nobelovom nagradom 1911., učinio je švedski oftalmolog Allvar Gullstrand. Naša se sposobnost da vidimo svijet u kojem se nalazimo temelji na tome što leća u oku lomi svjetlost koja na nju pada iz vanjskog svijeta te je pretvara u obrnutu sličicu na stražnjoj strani oka. Sličica se projicira baš na stanice mrežnice osjetljive na svjetlost, koje su u stanju svjetlost pretvoriti u živčane impulse. Ti impulsi putuju do centra za vid u mozgu, koji ih na kraju percipira kao trodimenzionalne slike.
Sposobnost vida doista je nevjerojatna, tim više što mozak mora korigirati sličicu projiciranu naopako. Kada se ljudima stave naočale koje čitavu sliku vanjskog svijeta izvrnu naopako prije no što ona padne na leću, tada mozak isprva doista vidi sve naopako, iako je sličica na mrežnici tada ispravno orijentirana. Međutim, mozak se vremenom ponovno nauči što je “gore”, a što “dolje”, te ponovo prevrne tu sliku kako bi uskladio informacije iz oka s onima koje mu stižu iz drugih osjetila.
Matematički izračun točnog puta koji zrake svjetlosti prolaze unutar oka kako bi formirale sliku na mrežnici vrlo je kompliciran jer leća oka sadrži više slojeva. Svaki od njih lomi svjetlost na različit način. Uz to, leća ima mogućnost mijenjanja oblika i prilagodbe količini svjetla. Ipak, koristeći se naprednom matematikom, Allvar Gullstrand uspio je odrediti dioptrije oka. Temeljem toga izrađivao je stakla naočala koje su mogle izuzetno dobro korigirati kratkovidnost i dalekovidnost.
Dva desetljeća istraživanja
Napredak u razumijevanju osjeta vida uvijek je imao dobru prođu pri dodjeli Nobelovih nagrada. Godine 1967. finsko-švedski znanstvenik Ragnar Granit, američki fiziolog Haldan Keffer Hartline i američki znanstvenik George Wald nagrađeni su za daljnji važan napredak. Granit je koristio vrlo sofisticirane elektrode kako bi istražio električne impulse iz stanica mrežnice. Utvrdio je kako te stanice, osjetljive na svjetlost, čine većinom dva tipa stanica – tzv. štapići i čunjići.
Štapići se aktiviraju kod slabijeg svjetla i osiguravaju crno-bijeli vid, dok su čunjići aktivni pri danjem svjetlu i omogućuju opažanje boja. Hartline je kod potkovastog račića analizirao kako primarni svjetlosni signali, koji padaju na osjetljive stanice mrežnice, bivaju zatim procesirani u mreži živčanih stanica. Shvatio je da pri aktivaciji osjetljive stanice u mrežnici signali iz okolnih stanica bivaju umanjeni. To omogućuje znatno bolje kontraste u slici i veću jasnoću vida. Wald je pokazao da je vitamin A važna komponenta rodopsina, tvari u stanicama mrežnice. Pokusima je pokazao kako rodopsin mijenja svoj oblik pod utjecajem svjetlosti. Ta promjena potiče signale u kompliciranoj mreži neurona, dovodeći do poveznica i transformacija, sve dok signali ne dopru do mozga izazivajući dojam trodimenzionalne slike.
Preostalo je još razumjeti i što se događa u moždanoj kori kako bi nam omogućilo sagledavanje slike vanjskog svijeta iz živčanih impulsa. Obradu informacija u centru za vid u mozgu razjasnili su kanadski neurofiziolog David H. Hubel i švedski neurofiziolog Torsten N. Wiesel, za što su nagrađeni Nobelovom nagradom 1981. Oni su pokazali kako se u moždanoj kori signali koji živcima dolaze iz mrežnice analiziraju u slijedu, a to čine stanice koje imaju specifične zadaće. One pažljivo interpretiraju kontraste, obrasce i pokrete. Također su pokazali da se ta sposobnost moždane kore razvija tek u novorođenačkoj dobi, u razdoblju odmah nakon rođenja, jer u maternici nije bilo svjetlosnih podražaja koji bi mogli potaknuti takav razvoj.
Na sličan su način vrednovani i značajni prodori u razumijevanju funkcije ostalih ljudskih osjeta. Mađarski biofizičar Georg von Békésy dobio je Nobelovu nagradu 1961. za svoja otkrića fizičkog mehanizma stimulacije u pužnici uha. Mi čujemo dio zvučnog spektra iz okoline jer se zvučni valovi u pužnici uha pretvaraju u vibracije u membranama i kostima. Te vibracije registriraju posebno osjetljivi živčani završeci, koji ih zatim pretvaraju u električne impulse i prenose ih u mozak, a on ih pretvara u percepciju zvuka.
Von Békésy je pojasnio kako ti procesi unutar pužnice unutarnjeg uha bivaju pretvoreni u živčane impulse, koji zatim nastavljaju put živcima do mozga. Za taj uspjeh bila su mu potrebna dva desetljeća provođenja različitih eksperimenata. Vibracije u membranama proučavao je mikroskopom i nizovima fotografija. Mjerio je i oscilacije u električnim nabojima unutar receptora živčanog sustava.
Osim za osjet sluha, unutarnje uho važno je i za osjet ravnoteže. Ovaj je osjet još i prije razumijevanja samog sluha razjasnio austrougarski otolog Robert Bárány koji je nagrađen jednom od ranih Nobelovih nagrada za medicinu, 1914. godine. S obzirom na to da je tada počinjao 1. svjetski rat, Bárány se prijavio u austrijsku vojsku kao kirurg. Međutim, zarobili su ga Rusi. U vrijeme kad je objavljeno da je dobio Nobelovu nagradu bio je ratni zarobljenik u Rusiji, vjerojatno jedini u takvom statusu među svim dobitnicima nagrade za fiziologiju ili medicinu u povijesti. Pušten je tek 1916. godine, a nagradu je primio naknadno.
Njegova zasluga bila je u razumijevanju funkcije osjeta za ravnotežu u unutarnjem uhu, tzv. vestibularnog aparata. Nadraživanje unutarnjeg uha izaziva vrtoglavicu i fenomen tzv. nistagmusa, poznatog i kao “titranje očiju”. Radi se o ritmičkim, nevoljnim trzajima očnih jabučica koji se mogu pojaviti, primjerice, pri vožnji na vrtuljku. Bárány je pokazao kako oči titraju u jednom smjeru kada se u uho špricom ulije hladna voda, a u drugom kada se ulije topla. Ispravno je zaključio da su promjene temperature dovele do toga da se razina tekućine u kanalima vestibularnog aparata u unutarnjem uhu podigne ili spusti.
Nobelov komitet prepoznao je i napredak koji su američki molekularni biolozi Richard Axel i Linda B. Buck postigli u razumijevanju osjeta njuha, za koji su nagrađeni 2004. godine. Oni su otkrili kako stotine gena u našoj molekuli DNK kodiraju za tzv. odorantne senzore, koji su smješteni u osjetilnim neuronima za miris u nosu. Svaki receptor je protein koji se kemijski mijenja kada dođe u dodir s nekim mirisom u zraku. Spajanje mirisa i odorantnog senzora dovodi do slanja električnih signala u mozak. Vrlo male razlike između različitih odorantnih senzora znače kako će točno određeni mirisi uzrokovati otpuštanje signala iz točno određenih receptora. Mirisi u zraku mogu se sastojati od velikog broja različitih tvari, a mozak pretvara signale iz odorantnih receptora u osjećaj specifičnih mirisa.
Unutarnja karta prostorije
U 2014. nagrađeni su američko-britanski neuroznanstvenik John O’Keefe te norveški neuroznanstvenici May-Britt Moser i Edvard I. Moser. Oni su otkrili stanice koje tvore sustav pozicioniranja u mozgu. Razumije se da su svijest o vlastitoj lokaciji u prostoru te način pronalaženja puta prema drugim mjestima ključni za preživljavanje ljudi i životinja. Kako bi istražio sposobnost životinja da se orijentiraju u prostoru, O’Keefe je proučavao kretanje štakora te usporedno i signale iz živčanih stanica u njihovu hipokampusu, području koje se nalazi u središnjem dijelu mozga.
Otkrio je da su određene stanice aktivirane kada je štakor na određenom mjestu u sobi. Međutim, kada se premjesti na drugo mjesto unutar sobe, aktiviraju se druge stanice. Temeljem tih opažanja zaključio je kako stanice, očigledno, oblikuju neku vrstu unutarnje karte prostorije. Na njegov rad nadovezao se i bračni par Moser koji je zajednički otkrio tip stanica važan za određivanje položaja u prostoru. Te su se stanice nalazile blizu hipokampusa, podudarajući se s O’Keefeovim opažanjima. Otkrili su i da, kada štakor prođe određene točke raspoređene u šesterokutnoj mreži u prostoru, dolazi do aktivacije živčanih stanica koje tvore neku vrstu koordinatnog sustava za navigaciju. Pokazali su i kako te različite vrste stanica međusobno surađuju.