A cikk első része itt olvasható.

Helyzetjelentés az elme problémájáról az idegtudományban

Úgy gondoljuk, hogy az információ reprezentációját az agy valósítja meg, összekapcsolt neuroncsoportok által. Az összeköttetést két különböző módon képzelhetjük el. Elsőként a neuronok közti térbeli kapcsolatokként, amelyek többnyire közvetlenek. Egy másik mód, melyet én funkcionálisnak neveznék, hogy az idő dimenzióját beépítve is meg lehet valósítani az összeköttetést. A téri kódolás véges számú lehetséges reprezentációt tesz lehetővé. Az idő komponensét hozzáadva a téri kódoláshoz lényegesen nagyobb halmazt kapunk a lehetséges reprezentációkból. Például a zongorán csak korlátolt számú dallamot lehet lejátszani. Azonban ha az idő komponensét hozzáadjuk, akkor a dallamok kombinációja és permutációja összehasonlíthatatlanul nagyobb lesz. Az idő-kódolás témája viszonylag új az idegtudományban, mert vizsgálata nagyszámú neuronális egység szimultán monitorozását feltételezi (cf. Buzsáki et al., 1994).

Az időbeli koherencia a javasolt neurofiziológiai mechanizmus, melynek segítségével a perceptuális egységet létrehozzuk, vagyis ez az érzékelt tulajdonságok "kognitív összekötője". A szóban forgó esetben a specifikus mechanizmus egy 40 Hz körüli oszcilláció a résztvevő sejtcsoportokban. Az agy képtelenségét, hogy ennél gyorsabb eseményeket kövessen, jól mutatja, hogy képtelenek vagyunk a villanykörte frekvenciaváltásait vagy a mozifilmek filmkockáinak váltásait követni.

Rodolfo Llinas és Gabriel García Márquez, aki előszót írt Llinas "Az agy és az én mítosza" című könyvéhez

Rodolfo Llinas egészen odáig megy, hogy azt javasolja, gondolkozzunk egy olyan modellben, ahol a gondolat kvantumait a 40 Hz oszcillációs aktivitás kiterjedése alkotja a kéreg frontális és okcipitális részén. Tehát ez a gamma frekvenciájú (40 Hz körüli) oszcilláció volna a tudatos gondolat hordozója, vagy ahogy a keményebb vonalbeliek javasolják, egyenlő vele? A kísérleti bizonyítékok az erős álláspont ellen szólnak. Minden érzéstelenítő és a legnépszerűbb utcai drogok is sokszorosára növelik a gamma oszcilláció mértékét. Ha tehát ragaszkodunk a korrelációhoz, akkor a tudatos állapotok közé kellene iktatnunk a műtéti altatást is, és egy ilyen lépés ellen sokunk tiltakozna.

Ennek ellenére valószínűleg a gamma oszcillációk kutatása valamilyen alapvető tényezőt tárt fel. Mégpedig azt, hogy a gyors oszcilláció a kérgi hálózatokban szükséges előfeltétele minden komplex agyi funkciónak. Mire van hát még szükség? Mondhatná valaki: szöveg nélkül a ritmus még nem dal. Az agyra levetítve: a jól meghatározott tér-idői neuronmintázatokat reprezentációk hordozóinak tekinthetjük. Azonban ilyen "agyi melódiák" felsorolásához kifinomult eszközökre és bonyolult matematikai háttérre van szükség, hogy elkülöníthessük a dallamot a zajtól. Arra azonban van bizonyíték, hogy ilyen neurális mintázatok a tanulás folyamata alatt generálódnak és többször is újra lejátszódnak, míg az agy alszik (Wilson és MacNaughton, 1974; Nádasdy et al., 1999; Hirase et al., 2001; Louie and Wilson, 2001). Miért nem vagyunk tudatában hát ezeknek az agyi folyamatoknak? Ha azt állítjuk, hogy az elme nem több, mint neurális aktivitás, akkor a kérdés érvényes és fontos. A választ ismét az idő területén kell keresnünk. A memórianyom alvás alatti konszolidációjával összekapcsolt neuronális mintázatok újrajátszása sokkal gyorsabb, mint az éber agyban (Nádasdy et al., 1999), hallgatni is lehet: ezért nem megfelelőek a tudatos olvasás számára, melyet a 40 Hz-es oszcillációs hullámok képviselnek.

Hogyan tanulmányozzuk objektíven a tudat "kemény" problémáját?

Szerződésre van szükségünk; nemcsak a filozófusokkal, akik megalkották az elme kemény és puha problémáit, hanem az idegtudósok között is. Az agy tanulmányozásának jelenlegi módszerei nagyrészt megfigyelésesek, és az eredményeket a perceptuális-motoros változó (mint független változó) és az agyi aktivitás mérése (mint függő változó) közötti korrelációként mutatják be. A validitást és a reliabilitást a más laboratóriumok általi megismételhetőség biztosítja. Ahogy azonban már a fentiekben a théta ritmusra vonatkozóan is tárgyaltuk, egy kis változtatás a kísérleti feltételekben még a független változó (perceptuális-motoros változó) fogalmának szubjektív interpretációján túl is sokszor vezet ellentmondásos eredményhez. Egy lehetséges módja annak, hogy igazolják a feltételezett ok-okozati kapcsolatot a két változó között az, hogy kiiktatják vagy manipulálják az agy függő változóhoz kapcsolt területének neuronális aktivitását, lerontva így a korrelációt. Például egy tárgy tudatos észlelése erősen korrelál a thalamo-kortikus oszcillációval. A talamusz sérülése után a személy képtelen a tárgy észlelésére. Tehát a tárgy észleléséért felelős mechanizmusok a talamuszban vannak (az erős elképzelés szerint), vagy a talamusz aktivitása szükséges az észlelés létrejöttéhez (a gyenge elképzelés szerint). Két alapvető probléma van ezzel a kanonizált megközelítéssel. Az első a kísérlettervezés logikája: a viselkedés --> agy korreláció. Vegyük észre, a cél az, hogy megértsük, hogyan hozza létre az agy (vagyis hogyan okozza a neuronális aktivitás) a viselkedést. Ennek ellenére veszünk egy szubjektíven meghatározott tényezőt (akarat, képzelet, álom) független változóként, és a függő változókat az agyban keressük, arra a feltételezésre alapozva, hogy a független változó egy valódi, objektíven létező entitást reprezentál. Talán bölcsebb lenne a korrelációt megfordítani, az aggyal mint független változóval kezdeni, azt megfigyelve, hogyan generál függő változókat (vagyis az információk feldolgozását, a mozgások, gondolatok és emlékek előállítását).

A másik alapvető probléma a megfigyelt korrelációk független becslésének hiányából ered. Statisztikai zsargonnal élve: nem végzünk hibamérést. A hiba objektív mérése nélkül különböző laboratóriumok eredményeinek összehasonlítása elérhetetlen marad.

Hogyan lépjünk hát tovább, ha a hagyományos viselkedés --> agy korrelációt el szeretnénk hagyni? Az általam javasolt megközelítés lényege az újonnan kifejlesztett sejtpopuláció-mérésen és rögzítési módszeren alapul.

Ha nagyszámú neuront szimultán vizsgálunk, két különböző témát vethetünk fel. Egyrészt, hogy mennyire megbízhatóan jósolják meg az egyes neuronok vagy neuronok alcsoportjai a szubjektíven megfigyelt paramétereket (például a téri elhelyezkedést az ábrán), másrészt mennyire megbízhatóan jósolja meg egy sejt aktivitását vagy a populáció sejt alcsoportjainak aktivitását a populáció többi része? Vegyük észre, hogy ez utóbbi mérés objektív, és nem függ semmilyen, az agytevékenység funkciójáról alkotott prekoncepciótól. Használható arra, hogy mérjük a hibákat, eltéréseket egy neuron aktivitása és a szubjektív korrelátum között. Teljes egyezés esetén arra következtethetünk, hogy a szubjektív korrelátum az agy által generált entitás (vagyis a téri korreláció becslése és semmi más). Nagy hiba esetén a sejtaktivitás és a szubjektív korrelátum magas korrelációjától függetlenül elkerülhetetlen a következtetés, hogy a szubjektív korrelátumnak kevés köze van a vizsgált agyterület számításaihoz.

Mihelyt a hiba mérhetővé válik, megkezdhetjük bármely komplex téma objektív vizsgálatát, akár egy világosan meghatározott tudatfogalomét is. Ezalatt sok hasznos entitást fedezhetünk fel. Lehet például, hogy azt találjuk, hogy a komplex agyi mintázatok néhány entitását nehéz az öröklött terminológiával leírni, inkább a tudathoz hasonló tulajdonságokkal rendelkeznek. Egy ilyen objektíve megalkotott agyi termék, amit hívjunk elm'-nek, nagyon hasznos funkciót tölt be. Megfogalmazható kvantitatívan, és le lehet írni matematikailag, majd más elmekutatókhoz eljuttatni, hogy használják az elm'-et mint nullhipotézist az elkövetkezendő átfogóbb kísérleteik megtervezésénél. Az elm' esetleges elvetésével közelebb kerülhetünk az embereket ilyen hosszú időn át kísértő, hátborzongató témához.

Köszönettel tartozom Ivády Rozália Eszternek a dolgozat magyarításáért és Ken Harris kollégámnak a rengeteg hasznos vitáért.

IRODALOM:

Buzsáki, G., R. Llinás, W. Singer, A. Berthoz and Y. Christen (eds.) Temporal Coding in the Brain, Springer, Heidelberg, pp. 1-303. (1994) 
Dennett, D. Az intencionalitás filozófiája. Budapest, Osiris-Gond. (1998) 
Grastyán, E., Lissák, K., Madarász, I. and Donhoffer, H. Hippocampal electrical activity during the development of conditioned reflexes. Electroencephal. Clin. Neurophysiol. 11, 409-430. (1959) 
Hirase, H., Leinekugel, X., Czurkó, A., Csicsvari, J. and Buzsaki, G. Firing rates of hippocampal neurons are preserved during subsequent sleep episodes and modified by novel awake experience. Proc Natl Acad Sci (USA), (in press). 
Kurtzweil R. The Age of Spiritual Machines: When Computers Exceed Human Intelligence, (1999) 
Louie, K. & Wilson, M.A. Neuron 29, 145-156. (2001) 
Nádasdy, Z. , Hirase, H., Czurkó, A., Csicsvári, J. and Buzsáki, G. Replay and time compression of recurring spike sequences in the hippocampus. Journal of Neuroscience 19: 9497-9507, (1999) 
Shear J. Explaining Consciousness the "Hard Problem". MIT Press, Cambridge, MA. 1-422 pp. (1997) 
Tart C. T. Transpersonal Psychologies. Harper, San Francisco, CA. 1-485 pp. (1992) 
Vanderwolf CH. Hippocampal electrical activity and voluntary movement in the rat. Electroencephalogr Clin Neurophysiol 26:407-418. (1969) 
Wilson, M. A. & McNaughton, B. L. Science 265, 676-679. (1994)

* Van erre magyar irodalmi példa is, legalább annyira érdekes - és félelmetes kimenetelű -, mint Asimové (Szatmáry Sándor: Gépvilág. - A szerkesztő).

Forrás: Magyar Tudomány 2001/10 5