Dołącz do czytelników
Brak wyników

Mózg i umysł , Laboratorium

22 stycznia 2016

Od mózgu do umysłu

0 531

Po raz pierwszy w historii wiemy dostatecznie dużo, aby pokusić się o stworzenie teorii łączącej stany mózgu z subiektywnie odczuwanymi wrażeniami i stanami umysłowymi. Innymi słowy – wiemy wystarczająco dużo, aby połączyć badania nad mózgiem i psychologię.

Nikt nie ma wątpliwości, że są to dwa zupełnie odrębne światy. Z jednej strony – badane przez neurofizjologię komórki nerwowe (neurony) i przesyłane przez nie impulsy elektryczne oraz badane przez neurochemię cząsteczki chemiczne, wpływające na sposób powstawania i przekazywania tych impulsów pomiędzy neuronami. Z drugiej – stany emocjonalne, myśli, percepcja, wyobraźnia i pamięć, czyli stany poznawcze. Neurony pobudzane są impulsami przychodzącymi od innych neuronów (w uproszczeniu można powiedzieć, że zliczają impulsy). Co to ma wspólnego z moim światem wewnętrznym, pełnym dźwięków, kolorów, smaków, zapachów i emocji? Okazuje się, że sporo...
Do niedawna modele funkcji mózgu ograniczone były do funkcji percepcyjnych oraz do skojarzeniowych modeli pamięci. Powstały bardzo dokładne symulatory zachowania pojedynczych neuronów i ich niewielkich grup. Sztuczne sieci neuronowe pokazały, jak nawet proste modele mogą wyjaśnić procesy uczenia się i różnych rodzajów pamięci. Działania mózgu nie da się jednak sprowadzić do prostej sieci neuronowej. Trzeba uwzględnić jego specyficzną architekturę, modularną budowę kory mózgu, liczne struktury wyspecjalizowane w przetwarzaniu informacji określonego typu.
Tak pozornie proste czynności, jak chwytanie przedmiotów, wymagają korelacji pomiędzy informacją płynącą z kory wzrokowej i aktywności kory ruchowej, która nadaje dłoni odpowiedni układ. Za koordynację tych informacji odpowiedzialny jest wyodrębniony obszar kory mózgu należący do części ciemieniowej. Lokalne uszkodzenie tego obszaru kory, jakie może nastąpić np. z powodu wylewu krwi do mózgu, powoduje niezdolność do chwytania przedmiotów. Takie uszkodzenia nauczyły nas wiele o specjalizacji różnych obszarów mózgu. Dopóki wszystko dobrze działa, możemy żywić złudzenie, że tajemnicze „ja” kieruje swoją wolą zachowaniem organizmu. Kiedy jednak różne mechanizmy działania mózgu się załamują, prawda wychodzi na jaw – otóż owo „ja” jest tylko jedną z wielu rzeczy, które tworzy mózg.
Wyższe czynności psychiczne (takie chociażby jak myślenie, rozwiązywanie problemów, rozumienie języka naturalnego, kreatywność, intuicja, nabywanie umiejętności), wymagające początkowo świadomego zaangażowania, a wykonywane po nauczeniu w pełni automatycznie, bez udziału świadomości, wydawały się do niedawna całkiem tajemnicze. Chociaż nadal nie mamy szczegółowych modeli komputerowych tego typu czynności, to mamy przynajmniej wyobrażenie, jak mogą wyglądać stojące za nimi procesy neurofizjologiczne. Wiemy także, jak je powiązać ze stanami umysłu, jakie wykonywać eksperymenty, by uściślić naszą wiedzę, oraz jak wykorzystać płynące stąd inspiracje do stworzenia komputerowych systemów.


Dwie strony medalu
Biorąc pod uwagę to wszystko, wykraczamy więc poza mgliste rozważania typu „czym jest świadomość” i zmierzamy w kierunku pełnej neurokognitywnej teorii umysłu. Nazwa „neurokognitywna” podkreśla fakt, że czynności poznawcze (kognitywne) i działanie mózgu (a więc neuronów) to dwie strony tego samego medalu. Przy okazji powstaje nowa dziedzina, którą należy nazwać informatyką neurokognitywną, zajmująca się wykorzystaniem inspiracji płynących ze zrozumienia działania mózgu do tworzenia programów komputerowych, zdolnych do przetwarzania informacji w podobny sposób.
Słowo „umysł” odnosi się do wielu różnych zjawisk, ale psychologowie poznawczy nie przejmują się brakiem ogólnej definicji, badając różne przejawy działania umysłu. W klasycznym ujęciu kognitywnym (kognitywistyka jest nauką o poznawaniu, a więc o umysłach), rozwijanym przez psychologów i specjalistów od sztucznej inteligencji od połowy lat 70., umysł uznawany jest za system kontrolny, określający zachowanie się organizmu w interakcjach ze złożonym, zmiennym w czasie środowiskiem.
Umysł funkcjonujący dzięki wielu współdziałającym ze sobą podsystemom działa w oparciu o zgromadzoną wiedzę, którą można wyrazić za pomocą symboli jakiegoś języka. Jednak takie podejście symboliczne jest oderwane od neurobiologii. I chociaż może być ono przydatne, to należy uzasadnić, w jaki sposób modele symboliczne wiążą się z procesami zachodzącymi w mózgu, jak w nich uwzględnić stany emocjonalne oraz jak z przetwarzania symboli mogłyby powstać wrażenia, stanowiące podstawę naszego świata wewnętrznego.
Własności i odczucia, których jesteśmy świadomi, to wewnętrzne stany umysłu, które mogą powstać na skutek zewnętrznych albo też czysto wewnętrznych wzajemnych pobudzeń struktur neuronowych mózgu. Pomimo tego, iż mamy nieodparte wrażenie, że wszystko, co słyszmy i widzimy jest częścią zewnętrznego świata, to tak naprawdę możemy mówić jedynie o niektórych stanach swojego mózgu, wywołanych przez bodźce zewnętrzne lub stany wewnętrzne, ale nie o samej rzeczywistości. Szczególnie wyraźnie widać to w przypadkach złudzeń optycznych lub halucynacji pod wpływem zatrucia czy choroby. Ponieważ złudzenia bierzemy ciągle za rzeczywistość, to trudno jest nam sobie wyobrazić, jak stany mózgu wiążą się ze stanami umysłu. Potrzebna jest do tego bardziej wnikliwa obserwacja stanów umysłu, a także powstawania świadomych odczuć, wrażeń zmysłowych i myśli.

POLECAMY


Świat umysłu
Świat wewnętrzny to świat relacji pomiędzy stanami, które może przyjmować mózg. Konfiguracje atomów tworzą nieskończoną różnorodność obiektów fizycznych, mających silniejszą lub słabszą tendencję do formowania nieskończenie różnorodnych struktur zmieniających się w różnym tempie. Żadna z nich nie ma absolutnej tożsamości, wszystkie w końcu ulegają całkowitej przemianie w inne struktury, będące konfiguracją podobnych atomów. Świat umysłu istnieje w podobny sposób – jako konfiguracje pobudzeń mózgu, który jest dla nich substratem. Stany często powtarzające się, konfiguracje utrzymujące się nieco dłużej niż ułamki sekund, są pamiętane i później rozpoznawane jako percepty (czyli to, co postrzegane zmysłowo), myśli, wspomnienia, emocje, intencje. Można je ogólnie nazwać „obiektami umysłu”.
Obszary kory skroniowej związane z mową kojarzą z obiektami umysłu specyficzne pobudzenia, nadając im nazwy. Dzięki temu możemy do pewnego stopnia sygnalizować innym ludziom nasze stany wewnętrzne za pomocą mowy, wywołując w ich mózgach podobne stany do tych, które sami przeżywamy. Myśli są cichą mową, wewnętrznymi ciągami takich pobudzeń, które krążą w mózgu, nie pobudzając obszarów kory czołowej (tzw. obszaru Broki), odpowiedzialnych za uruchamianie aparatu głosowego. Niektóre osoby podczas czytania poruszają ustami, czasami szepcząc, a czasami bezgłośnie, ale większość z nas potrafi czytać, nie pobudzając ośrodków ruchowych sterujących ustami.
Oddziaływania pomiędzy neuronami różnych typów tworzą podstawy do formowania się różnych lokalnych struktur pobudzeń fragmentów mózgu, a następnie tworzenia się większych struktur pobudzeń całego mózgu. Relacje pomiędzy stanami umysłu, chociaż ograniczone przez fizyczne struktury mózgu, są nieskończenie różnorodne, tworząc emergentny, częściowo autonomiczny świat wewnętrzny.
Piana na morskiej fali może formować się dzięki oddziaływaniom cząsteczek wody, ale za bezpośrednią przyczynę jej powstawania uznamy raczej wiatr i ukształtowanie dna morskiego. Reakcje na dźwięki dobiegające do czyjegoś ucha są możliwe dzięki oddziaływaniom neuronów, ale za ich przyczynę skłonni jesteśmy uznać rozpoznanie znajomego głosu, wcześniejsze kontakty i indywidualną historię danej osoby. Zjawiska fizyczne niezbędne są więc do powstania zjawisk umysłowych, ale nie wyjaśniają ich w istotnym sensie. Nie można więc w pełni zredukować świata umysłu do oddziaływań atomów. Podobnie nie można w pełni zredukować świata kultury, emergentnych zjawisk wynikających z oddziaływań wielu umysłów, do indywidualnego umysłu.


Umysł jako funkcja mózgu
„Umysł jako funkcja mózgu” to na razie jedyne płodne podejście do zrozumienia funkcji umysłowych, będące podstawą bardzo szybko rozwijających się gałęzi neuronauk, w tym komputerowych modeli procesów psychicznych oraz ich zaburzeń.
Kora mózgu, mająca od 2 do 4 mm grubości, składa się z 6 warstw neuronów. Można w niej też wyróżnić pionowe kolumny złożone z około 100 000 neuronów, z ogromną ilością mikroobwodów. Sygnały dochodzące do kory przetwarzającej dane zmysłowe prowadzą do powstawania powtarzalnych stanów pobudzeń tych mikroobwodów, odpowiedzialnych za wykrywanie regularności, np. dźwięków określonego typu, kolorów, czy kontrastowych krawędzi o określonym nachyleniu. Kombinacja tych elementarnych doznań w dolnej i tylnej części kory skroniowej odpowiedzialna jest za rozpoznawanie obiektów za pomocą słuchu i wzroku.
Neuropsychologia szczegółowo opisała różne typy zaburzeń mowy (afazje), związane ze zlokalizowanymi uszkodzeniami tych obszarów. Niektóre z nich są bardzo specyficzne, np. osoby cierpiące na afazję akustyczną, czyli zaburzenie rozpoznawania dźwięków niewerbalnych, odgłosów zwierząt lub sygnałów akustycznych, nie potrafią wskazać obrazka kojarzącego się ze szczekaniem psa czy miauczeniem kota. Większość syndromów neuropsychologicznych ma obecnie swoje modele komputerowe, pokazujące, jakiego rodzaju zaburzeń można się spodziewać na skutek nieprawidłowego przetwarzania informacji przez wyspecjalizowane struktury mózgu.
Nasze mózgi mają funkcjonalne sieci neuronów, specjalizujące się w wykonywaniu działań określonego typu, np. kategoryzacji naturalnych dźwięków czy rozpoznawaniu twarzy. Obszary kory specjalizujące się w języku są silnie połączone z korą zmysłową z jednej strony oraz z obszarami kory czołowej, związanymi z podejmowaniem działań. Rozpoznawanie obiektów na podstawie informacji zmysłowej wiąże się z określaniem kategorii stanów przyjmowanych przez różne obszary kory. Rzeczywiste obiekty, takie jak zwierzęta czy przedmioty, nie są nigdy widziane (ani słyszane) w identyczny sposób. Informacja o rozpoznanym obiekcie musi być dostępna wszystkim podsieciom mózgu, gdyż niektóre mogą z nią skojarzyć istotne działania. Taka informacja, pojawiająca się w pamięci roboczej, ma określoną kategorię, może więc być „komentowana” werbalnie, staje się zatem informacją świadomą.


Kłopoty ze świadomością
Zagadnienia związane ze świadomością budzą wciąż wiele wątpliwości i trudno jest podać zadowalającą wszystkich definicję świadomości. Ale – niezależnie od definicji – jest obecnie sprawą jasną, że świadomość jest wynikiem specyficznej organizacji przetwarzania informacji przez mózg. Zaburzenia tego przepływu informacji powodują zanik świadomości specyficznych wrażeń lub choroby świadomości, tak jak to się dzieje w przypadku różnych chorób psychicznych.
Wynika z tego, że również w sztucznych systemach, przetwarzających informacje w sposób podobny do mózgu, powinna pojawić się świadomość. W takich systemach, podobnie jak w naszych mózgach, obiektom umysłu odpowiadać będą różne stany fizyczne wzajemnych pobudzeń obszarów kory mózgu (a raczej jej odpowiednika). Relacje pomiędzy tymi obiektami umysłu tworzyć będą wewnętrzną rzeczywistość, a strumień świadomości powstanie przez skojarzenia z innymi obiektami i pamiętanymi sytuacjami. Każdy sztuczny system tego rodzaju, zdolny do komentowania swoich stanów wewnętrznych, będzie więc twierdzić, że odczuwa wrażenia. Owe „komentarze” oparte będą na skojarzeniach i zdolności do nadawania symbolicznych nazw stanom różnej kategorii, a ich wyniki mogą przejawiać się w zmianie zachowania lub wpływać na pojawienie się kolejnych stanów wewnętrznych. Wykonanie świadomych sztucznych systemów nie będzie jednak rzeczą łatwą, bo organizacja przetwarzania informacji w mózgu nie przypomina wcale działania komputera.


Myślenie – krok po kroku
O wiele ciekawsze w...

Ten artykuł dostępny jest tylko dla Prenumeratorów.

Sprawdź, co zyskasz, kupując prenumeratę.

Zobacz więcej

Przypisy