Zakladatelem vědeckého způsobu mapování mozkové kůry byl německý neuroanatom Korbinian Brodmann (1918-1968), který si povšiml, že se jednotlivé oblasti kůry liší svou histologickou strukturou. Velikost buněk a jejich uspořádání do vrstev se totiž v řadě míst náhle měnily. Pozorování cytoarchitektoniky mozkové kůry shrnul ve své knize z roku 1909, ve které kůru rozdělil do 47 oblastí. Přes pozdější pokusy badatelů tento způsob dělení revidovat se Brodmannova nomenklatura používá prakticky v nezměněné podobě dodnes. Přestože je toto členění velmi zjednodušené a připomíná spíše rozdělení světa na mapy států, připadá na řízení a vnímání pohybu hned šest Brodmannových oblastí. Byl to až Wilder Penfield (1891-1976), kanadský neurochirurg, který dal těmto oblastem smysl, když přesně popsal jejich funkci. V roce 1934 za peníze Rockefellerovy nadace vybudoval světoznámý neurologický institut, ve kterém prováděl operace mozku při vědomí u pacientů trpících epilepsií. Dozvěděl se přitom mnoho o funkci mozkové kůry. Byl si vědom, že řada epileptických záchvatů začíná aurou - přechodnými varovnými příznaky, kterými se prozradí probouzející se epileptické ložisko. Při jejich hledání používal přímou elektrickou stimulaci mozkové kůry. Předpokládal, že vyvolá-li symptomy podobné jako aura, najde i epileptické ložisko, které bude možné neurochirurgickým zákrokem odstranit. Vedlejším produktem operací bylo zmapování pruhů mozkové kůry podél centrální rýhy, která tvoří přirozenou hranici mezi čelním a temenním lalokem (obr. 1a). Právě tyto oblasti se totiž podílejí na řízení a vnímání pohybu. Tak vzniklo první funkční schéma motorické a senzorické kůry, dnes obecně známé jako homunkulus (človíček) (obr. 1b).

Funkční magnetická rezonance
Pohyb je řízen řadou oblastí mozkové kůry, které spolu navzájem úzce spolupracují. O jejich činnosti se již dnes můžeme přesvědčit, aniž je nutné otevřít lebku. Vhodným nástrojem pro sledování činnosti mozkové kůry je tzv. funkční magnetická rezonance (fMR). Ta využívá rozdílných magnetických vlastností okysličené a neokysličené krve, objevu, který v roce 1937 učinil Linus Pauling (1901-1994) a na který koncem 80. let navázal praktickým využitím Seidži Ogawa (nar. 1938). Část mozkové kůry, která je pro řešení pohybové úlohy důležitá, přechodně zvyšuje svou činnost a tím také nároky na přísun energie z glukózy. Aby kůra mohla zpracovat více glukózy, musí spotřebovat i více kyslíku, čímž v daném místě vznikne více neokysličené krve. Díky vzájemné kombinaci tří parametrů - poměru mezi okysličenou a neokysličenou krví, krevního průtoku a lokálního objemu krve - se v daném místě změní rovněž intenzita magnetického pole.
Princip magnetické rezonance je založen na „poslouchání“ kmitajících jader atomu vodíku, které byly předtím uměle rozechvěny silným magnetickým pulzem. Tam, kde mají jádra kolem sebe magnetické „překážky“ v podobě neokysličené krve, se kmitání jader zastaví rychleji. Signál se proto odtud na rozdíl od jiných míst „ozývá“ jen kratší dobu. Zjednodušeně řečeno, opřeme-li se rukama o ždímající pračku, dojde ke ztlumení jejích vibrací a hluku, podobně jak to s kmitajícím jádrem vodíku udělá molekula neokysličené krve. Základní princip analýzy fMR pak spočívá v tom, že se v každém místě mozku porovná intenzita signálu v době, kdy pohyb probíhá, s obdobím, kdy je končetina v klidu. Hledané změny signálu jsou však velmi malé a dosahují nejvýše 1-2 %. Proto je třeba provést pohyb opakovaně a signál vyhodnotit statisticky. Místa mozkové kůry, kde signál kolísá, jak očekáváme (tzn. vždy v souladu s prováděním pohybu), jsou matematicky převedena do barevných map, které jsou následně promítnuty na běžný černobílý obrázek mozku (obr. 1c).

Pohyb končetinou
Na plánování libovolného aktivního pohybu končetinou se podílejí tzv. premotorické oblasti, které leží na povrchu i vnitřní ploše čelních laloků. Označení premotorická je však do značné míry zavádějící, protože tato kůra není určena jen k plánování pohybu, ale rovněž pro myšlení a řešení různých psychologických testů. Na vlastním řízení pohybu se podílí především primární motorická kůra opačné hemisféry, která se nachází v zadní části čelního laloku v pruhu vymezeném homunkulem, který je od senzorické kůry oddělen centrální rýhou (obr. 1c). Čím je pohyb prsty prováděn s vyšší frekvencí nebo čím je pohyb složitější, tím bývá rozsah a velikost aktivace větší. Funkční specializace kůry je tak dokonalá, že se při pohybu jedním prstem aktivuje hned několik oblastí. Některé z nich jsou pro daný prst specifické, jiné se naopak překrývají s oblastmi pro jiné prsty. Řada oblastí se navíc aktivuje různě při různých pohybech stejným prstem, takže výsledný obraz aktivace bývá hodně komplikovaný. Pohyb zaznamenává i mozeček, což se projeví aktivací na téže straně, jako je pohybující se končetina. Mozeček plní při řízení pohybu nezastupitelnou úlohu, neboť neustále porovnává plán pohybu, který získává z mozkové kůry, s aktuálním stavem pohybu končetiny a provádí jeho nezbytné korekce.
Současně s motorickou se aktivuje i senzorická kůra, která se nachází za centrální rýhou v temenním laloku. Z končetiny totiž během pohybu přichází mnoho podnětů, které mozek informují o poloze a rychlosti pohybu jednotlivých svalů. Tyto informace se v primární senzorické kůře třídí a v sekundárních senzorických oblastech pečlivě analyzují. Díky tomu například poznáme, jaký tvar nebo z jakého materiálu je vyroben předmět, který držíme v ruce, přestože jej nevidíme.
Aktivaci motorických a senzorických oblastí překvapivě vyvolá také pasivní pohyb končetinou (obr. 2) nebo pouhá představa vykonaného pohybu, přestože je končetina v naprostém klidu. Izolované zvýšení aktivity senzorické kůry bylo pozorováno i u osob, které uvěřily, že se jejich ruky někdo dotýká. Ve skutečnosti se experimentátor dotýkal umělé ruky, která ležela vedle. Pomocí soustavy zrcadel vyšetřované osoby podlehly falešnému klamu, že umělá ruka je jejich vlastní, a cítily v ní dotyk.

Plasticita motorické kůry
V posledních letech se pozornost odborníků zaměřila na výzkum tzv. plasticity mozku, fenoménu, kterým mozek reaguje na různé nepříznivé podmínky. Spoje mezi nervovými buňkami totiž nejsou neměnné. Mozek je díky tomu schopen do jisté míry kompenzovat funkci některých center, která jsou trvale poškozena. Samozřejmě vše závisí na rozsahu devastace a na rychlosti, s jakou k poškození došlo. Čím je mozek mladší, tím se přizpůsobí snáze než mozek dospělého pacienta. Mozek v prenatální fázi vývoje je v důsledku své nezralosti schopen překvapivě rozsáhlých plastických změn. Obrázek 3 dokumentuje případ mladého muže, který se narodil s velkým hydrocefalem mozku. I přes enormní zvětšení mozkových komor se zbývající mozková tkáň uzpůsobila natolik, že doposud umožňuje pacientovi vést kvalitní život, takže ani z běžného neurologického a psychologického vyšetření nelze usuzovat na závažný nález. Mozek bývá schopen rozsáhlé adaptace i několik let po narození. Dnes už jsou známy desítky případů dětí s tzv. Rasmussenovou encefalitidou, těžkým zánětlivým onemocněním poloviny mozku, které vyvolává desítky až stovky velkých epileptických záchvatů denně, které dříve vedly k jisté smrti dítěte. Chirurgické odstranění postižené poloviny mozku vedlo k vymizení záchvatů, ale současně i k tomu, že se zbývající zdravá hemisféra ujala řady funkcí chybějící hemisféry. Obrna končetin se posílením stejnostranných spojů zlepšila natolik, že jsou tyto děti schopné mluvit, samostatně chodit a zároveň používat postiženou ruku.
K plastickým změnám dochází v mozku i během dospělosti. Ztráta prstů vede zpravidla k reorganizaci mozkové kůry, která nezůstane dlouho nevyužita a nabídne své služby zbývajícím prstům. Dokonce mozkové nádory mohou vést k plastickým změnám motorické kůry (obr. 4). Nádory mohou kůrou prorůstat nebo ji odtlačovat, což může vést k destrukci nebo plastické přestavbě sousední zdravé kůry. Adaptační změny jsou proto zvláště významné u pomalu rostoucích nádorů, kde mozek má na funkční reorganizaci dostatek času. fMR má pro tyto pacienty také praktický význam. Umožňuje lékařům připravit takový operační postup, který bude k aktivovaným oblastem maximálně šetrný a sníží riziko možného pooperačního ochrnutí. Rovněž postižení mozku, které nastane velmi rychle, vyvolává v kůře řadu změn. Příkladem jsou pacienti po mrtvicích, u kterých došlo k náhlému odumření části motorických center. Pacienti, kterým se po několika měsících síla vrátila, měli nápadně zvýšenou aktivitu zachovalých částí mozku a mozečku za současně zvýšené činnosti motorické kůry nepostižené hemisféry.
Plastické změny v zapojení motorických oblastí mozku nenastávají jen za patolo-gických stavů. Také při učení hry na hudební nástroj se mozek reorganizuje. Důsledky plastické adaptace mozku však nemusejí být vždy příznivé. U pacientů s fantomovými bolestmi - bolestmi amputovaných končetin - byla pozorována chybná reorganizace v zapojení senzorických a motorických oblastí. K nežádoucí přestavbě mozkové kůry a bazálních ganglií (hlubokých struktur v hloubi mozku) dochází také u lidí, kteří trpí dystonií - zvláštní poruchou hybnosti projevující se nechtěnými a nekoordinovanými stahy svalů. Poruchy řízení pohybu se objevují rovněž u různých neurodegenerativních chorob. Změny v činnosti motorických center byly popsány u amyotrofické laterální sklerózy, poškozující současně centrální a periferní část motorické dráhy, nebo u Parkinsonovy nemoci ve stavu vysazené medikamentózní léčby. Po podání L-DOPA, látky, z níž si mozek vytvoří dopamin, který se těmto pacientům nedostává, dojde k rychlému zlepšení klinického stavu i normalizaci nálezu na fMR. K normalizaci nálezu dochází rovněž po zapnutí hluboké mozkové stimulace, která má podobné účinky jako léčba farmakologická (obr. 5).

Plánování a realizace i toho nejjednoduššího pohybu je složitý proces, který vyžaduje přesnou koordinaci činnosti řady mozkových center podmíněných spoluprací milionů nervových buněk. Chování těchto center jsme dříve jen obtížně dokázali popsat a jen stěží pochopit. Funkční zobrazování nám však otevřelo netušené možnosti mapování živého lidského mozku. Díky tomu začínáme alespoň těm základním mechanismům trochu rozumět.

Centrum extrapyramidových
onemocnění, Neurologická klinika
1. LF UK a VFN v Praze