Dołącz do czytelników
Brak wyników

Mózg i umysł , Laboratorium

8 listopada 2016

Matrix w każdej głowie

101

Nasz układ nerwowy, mózgowie, zachowuje się jak wyrafinowany producent matrixa. Tworzy świat, który widzimy, dotykamy i smakujemy. Wydaje nam się, że najpierw jest świat, a potem nasze doznanie realnej, bo namacalnej, rzeczywistości. Nic bardziej mylnego.

Wszyscy zapewne pamiętamy dziwny i niepokojący świat filmowy braci Wachowskich. Chodzi oczywiście o „Matrix” – świat wyprodukowany przez inteligentnego projektanta i przeżywany jako halucynacja przez układ nerwowy ofiar-bateryjek. Z perspektywy tych ostatnich nie ma żadnej psychologicznej straty – nadal mają silne poczucie tożsamości, smak befsztyka nie zmienia się i mogą podziwiać piękne kobiety. Oczywiście, to jest bajka, ale w każdej bajce jest ziarenko prawdy... Co noc przecież wchodzimy w dziwny świat snów, gdzie halucynacje traktujemy jak realne, a doznawany świat wcale nie jest mniej fantastyczny, niż ten zaproponowany przez twórców „Matrixa”.

POLECAMY

Znacznie większą prowokację zgotował Christopher Nolan w filmie „Memento”. Głównemu bohaterowi, cierpiącemu na amnezję następczą (problem z zapamiętaniem zdarzeń sprzed kilku minut), cwaniacy „wgrywali” fikcyjny projekt jego historii małżeńskiej, zdrady, winnych i zemsty. W jednej z ostatnich scen, podczas jazdy samochodem, zamyka on na chwilę oczy, aby przekonać się, czy świat istnieje. Oczywiście że istnieje – konstatuje – ale i tak będzie nadal szukał fikcyjnego mordercy swojej żony.

Symulator w czaszce
Te niewinne z pozoru historie filmowe prowokują pytanie do naukowców badających mózg: czy nasz układ nerwowy może w jakimkolwiek stopniu być producentem widzianego świata? Coraz więcej danych świadczy, że tak się dzieje. Zamiast dotychczasowego obrazu mózgowia jako maszyny wiernie skanującej otoczenie zewnętrzne i zależnej od informacji zmysłowych, mamy wizję wyzwolonego z presji sensorycznej i niezwykle aktywnego układu z własną aparaturą pomiarową na pokładzie. Inaczej mówiąc, mózgowie to symulator otoczenia zewnętrznego, ale także symulator stanu naszego ciała i nas samych w końcu. Brzmi jak matrix, ale tak jest w istocie. Gdy ludzie tracą kończyny, a nawet gdy rodzą się bez kończyn, miewają zadziwiające odczucia fantomowe, jakby amputowane lub brakujące części ciała nadal istniały. Dziś wiemy, że odpowiada za to mózgowa reprezentacja ciała zlokalizowana głównie w korze somatosenso[-]rycznej, wrodzona, ale też elastyczna na zmiany. Taką genetycznie określoną mapę ciała neurobiologowie nazywają neuromatrycą (ang. neuromatrix), bez odniesień rzecz jasna do Wachowskich.

Inny przykład własnej produkcji mózgowia, to odczuwanie upływu czasu. Nie mamy żadnego receptora czasu w układzie zmysłowym, a mimo to potrafimy kategoryzować zdarzenia jako wcześniejsze, późniejsze, dłuższe i krótsze. Skąd taka zdolność? Jedyne rozwiązanie tej zagadki wskazuje na automatyczne i wewnętrzne funkcjonowanie mózgowia wyposażonego w skomplikowane systemy komórkowej interpretacji zewnętrznych zmian. Neurobiologowie odkryli już mechanizm wewnętrznego pomiaru upływu czasu (tzw. stoper). Wiemy też, że nasza zdolność oceny czasu zmienia się w zależności od stanu naszego organizmu. Gdy z niecierpliwością oczekujemy na coś – czas wydaje się płynąć wolniej niż gdy świetnie bawimy się na przyjęciu. Choć w obu sytuacjach czas zegarowy jest identyczny, doznawany jest różnie.

Neurobiolog Rodolfo Llinás niestrudzenie szuka programów matrix w mózgowiu. Jego zdaniem, współczesna neuronauka poznawcza może prowadzić badania tego zagadnienia, biorąc pod uwagę m.in. trzy tropy. Po pierwsze, mózgowie wytwarza autonomicznie stany czuwania i snu, które decydują o specyfice relacji organizmu ze środowiskiem. Po drugie, mózgowie dysponuje wieloma wrodzonymi dyspozycjami, które nie są wynikiem procesów uczenia się, jak na przykład zdolność widzenia barw. W końcu, mózgowie może funkcjonować niezależnie od stymulacji sensorycznej i taki tryb nie jest osobliwy neurologicznie. Przyjrzyjmy się bliżej tym programom.

Bramy mózgu
Podstawowy program matrix naszego mózgu, to automatyczna regulacja stanów czuwania i snu. Czuwanie jest nam potrzebne do sprawnego funkcjonowania w świecie, a sen jest niezbędny do regeneracji neurobiologicznej i do utrwalenia ważnych informacji zdobytych za dnia. Podczas czuwania wykonujemy automatycznie ogromną liczbę czynności, ale najważniejsza wydaje się nasza zdolność do szybkiego reagowania ruchowego (np. ucieczka, chwytanie, atak) na to, co dostrzegamy. Bez tej umiejętności moglibyśmy właściwie obyć się bez mózgu (zobacz „Opowieść o żachwie”, s. 62). Ale taka umiejętność nie miałaby sensu, gdybyśmy ciągle spali. Mózgowie musiało więc wykształcić program naprzemiennego cyklu czuwania i snu. Ten program realizowany jest samoczynnie i bez większego udziału bodźców zewnętrznych (zobacz „Izolowanie mózgu”).

Mamy więc dwie – wydawałoby się niezgodne – funkcje. Z jednej strony mózgowie wchodzi w interakcje ze światem, a z drugiej działa niezależnie od jakiejkolwiek stymulacji zewnętrznej. Jak to pogodzić? Okazuje się, że ludzie i zwierzęta są wyposażeni w niezwykle subtelny mechanizm działający jak dwucylindrowy silnik. To system wzgórzowo-korowy. W samym środku mózgowia tkwią dwa wzgórza, które posiadają liczne połączenia praktycznie z całą korą mózgu (Rys. 1, kolor żółty). Tak naprawdę wzgórza to nazwa umowna, bo jest to zbiór wielu skupisk (jąder) neuronów. Wśród nich pojawia się jednak intrygująca specjalizacja. Niektóre z jąder wzgórza zajmują się wyłącznie transmisją danych sensorycznych do kory (jest to tzw. układ specyficzny).

Ta dostawa umożliwia nam widzenie i czucie wielu szczegółów ze świata. Natomiast inne jądra wzgórza posiadają powiązania z rozległymi obszarami kory (jest to tzw. układ niespecyficzny, zwany też matrycą, czyli znów matrix). Uszkodzenia tego systemu powodują poważne zaburzenia świadomości, a w konsekwencji – brak świadomej percepcji bodźców kierowanych do kory przez nieuszkodzone obwody specyficzne. Oznacza to, że nasze poznawanie świata zależy nie tylko od dostawcy specyficznego, ale zasadniczo opiera się na zbudowaniu stanu czuwania przez matrix. Ten drugi warunkuje sprawność pierwszego, a przy okazji zajmuje się łączeniem różnych danych, na przykład wzrokowych i słuchowych oraz syntezą informacji pamięciowych. Dlatego bez większego problemu możemy oglądać film o skomplikowanej fabule i słuchać lektora czytającego tłumaczenie dialogów. O tym, że system wzgórzowo-korowy nie zajmuje się tylko transferem danych zmysłowych, świadczy obecność większości połączeń tego systemu już w momencie narodzin. Inaczej mówiąc, główna specjalizacja w opisanym układzie polega na utrzymywaniu stanu czuwania lub snu. W stanie czuwania możemy eksplorować świat. A co ze snami?

Izolowanie mózgu

W drugiej połowie XX wieku neurobiologowie zastanawiali się nad mózgową autonomią regulacji snu i czuwania względem stymulacji zewnętrznej. Odpowiedź na ich pytania przyniosły analizy trzech typów preparatów mózgowia (badania przeprowadzano na kotach), nazwanych: izolowany mózg (cerveau isolé), izolowane mózgowie (encéphale isolé) oraz czuwający mózg izolowany (preparat pretrygeminalny). Izolowany mózg powstaje wskutek przecięcia śródmózgowia (na rysunku kolor zielony). Skutkiem takiego zabiegu jest całkowite pozbawienie dopływu bodźców somatosensorycznych (dotykowych, termicznych, proprioceptywnych, bólowych) i słuchowych do kory. Pomimo zachowanych dróg wzrokowych i węchowych, preparat pozostaje w stanie głębokiej śpiączki. Na tej podstawie wydawało się, że rola stymulacji zewnętrznej jest decydująca dla procesów czuwania. Jednak przecięcie pnia mózgu przez środek mostu – preparat pretrygeminalny (kolor niebieski) – powoduje dokładnie taką samą deprywację sensoryczną, ale odwrotny efekt. Mózg tak izolowany pozostaje nieustannie w trybie czuwania, o czym przekonuje bioelektryczne wzbudzenie mózgu i reagowanie na bodźce wzrokowe. Także cięcie separujące mózgowie od rdzenia kręgowego – izolowane mózgowie (kolor czerwony) – nie zakłóca cyklu czuwania i snu. W konsekwencji regulacja snu i czuwania jest zasadniczo niezależna od stymulacji środowiskowej.

Sztuka przewidywania
Zanim przejdziemy do kwestii snów, pójdźmy na skróty drugą ścieżką wytyczoną przez Llinása. Mózgowie nie tylko tworzy stany funkcjonalne takie jak czuwanie, które z kolei umożliwiają pojawienie się procesów poznawczych, ale także dysponuje wieloma wrodzonymi narzędziami operacyjnymi. Spośród nich trzy są szczególnie ważne z uwagi na maksymalizację szansy przetrwania gatunku: zdolność przewidywania, analiza danych zmysłowych oraz przekształcenie informacji percepcyjnej w odpowiednią reakcję motoryczną. Wróćmy do przywoływanej już żachwy. Ruchy żachwy w wodzie nie są przypadkowe, ale wynikają z realizacji programu antycypującego. Każdy jej ruch jest efektem wcześniejszego ustalania możliwego wyniku. Robi to mózg żachwy, bo na tym etapie jeszcze istnieje. Przewidywania efektu ruchu pochodzą z automatycznej kontroli bodźców i zdolności reagowania na nie (np. żachwa nie musi się uczyć, że czarna plama powiększająca się i zmierzająca w jej kierunku może być niebezpieczna i że trzeba uciekać).

Na tej samej zasadzie funkcjonują nasze mózgi. Niezależnie od tego, czy jesteśmy dziećmi uczącymi się chwytać zabawki, czy sprawnymi kierowcami, którzy do perfekcji opanowali jazdę samochodem, zawsze nasz ruch jest poprzedzony błyskawiczną analizą percepcyjną, a ta jeszcze szybszą zdolnością przewidywania. Takie ustalenie może wydawać się paradoksalne, ale zauważmy, że gdy reagujemy reakcją obronną na nagły ruch obiektu obok nas, to sensowność naszej reakcji nie wynika z samego ruchu, czy niewyraźnego dostrzeżenia niebezpieczeństwa. Bez wgranego programu typu „nagły ruch w pobliżu może być groźny, zalecana strategia: uskok w bok”, musielibyśmy mozolnie uczyć się na błędach, a potem segregować poruszenia bezpieczne i niebezpieczne. Byłaby to mało efektywna strategia i znacznie bardziej zagrażająca życiu jedn...

Ten artykuł dostępny jest tylko dla Prenumeratorów.

Sprawdź, co zyskasz, kupując prenumeratę.

Zobacz więcej

Przypisy