"Teoretski gledano neuronska poruka bi mogla predstavljati bilo što- riječ, boju, liniju, ton, intenzitet zvuka, brzinu pokreta ili nešto deseto. Možda sve to skupa izmiješano kao što jedan djelić TV signala ujedinjuje čitav filmski kadar ... Međutim, postavlja se pitanje -tko to dekodira signal i napokon doživljava svijet?"
"Problem kodiranja možda će u budućnosti biti zamijenjen problemom imitiranja. Umjesto da pokušavamo razbiti kôd, možda ćemo stvarati banke neuronskih signala, a zatim ih jednostavno koristiti zaobilazeći receptore. Time se otvara mogućnost doživljavanja iskustava koja u stvarnosti nismo doživjeli, a posebno ugodna i uzbudljiva iskustva će postati tražena roba. Lako je moguće da orgazam postane novčana valuta ukodirana u obliku kredita na nekoj vrsti bankomat kartice."


Čitajući novine i gledajući televiziju ponekad možemo čuti da ljudski mozak radi poput računala ili da ga je čak moguće spojiti s računalom. Tako npr. u filmu Matrix, ljudi budućnosti sklupčani u čahurama naizgled spavaju, a zapravo vode normalan ili čak vrlo buran život zahvaljujući tome što su im mozgovi spojeni na centralno računalo.

Da li je to teoretski moguće? Znači li to da neuroni prenose električne signale? Kakvi su to signali? Kako je informacija zapisana u tim signalima? Kao što ćemo vidjeti, današnja saznanja o mozgu ukazuju da svaki doživljaj ima svoj neuronski zapis i da je imitacijom tog zapisa zaista moguće kreirati virtualni svijet.

Mozak kao stroj
Temeljno uvjerenje današnje neuroznanosti je da ponašanje organizma, u najširem smislu te riječi, proizlazi iz rada živčanog sustava. Sve ono što nazivamo psihom je, prema tome skup procesa koji se odvijaju u mozgu. Snovi, osjećaji, govor, hodanje, disanje, učenje, čitanje ove rečenice-sve je to odraz rada mnoštva malih živčanih stanica, neurona, koji međusobno izmjenjuju električne impulse. Međutim, kad bi neuroni bili tek obični vodiči električne struje, naš se mozak ne bi mnogo razlikovao od hrpe žica i kablova. Ono što neuronima daje poseban šarm je sposobnost odlučivanja. Tipičan neuron ima mnoštvo razgranatih produžetaka tzv. dendrita kojima prihvaća signale iz drugih neurona, ali ima samo jedan produžetak tzv. akson putem kojeg može poslati izlazni signal. Ako u neuron istovremeno uđe nekoliko signala, tada ovaj može, ali i ne mora poslati signal. Ishod ovisi o tome da li zbroj ulaznih signala doseže tzv. graničnu vrijednost. Ovo naizgled jednostavno pravilo u stvari je fenomen bez premca u svijetu prirode. Naime povezivanjem svega nekoliko neurona nastaje sustav sposoban da obavlja logičke operacije nad ulaznim signalima. Upravo ovdje, u činjenici da živo tkivo može izvoditi matematičke proračune, leži najjače opravdanje za, inače vrlo popularnu usporedbu mozga sa strojem. Ali ako je mozak neka vrst računala, tada je prirodno da se zapitamo - na koji način neuroni kodiraju informaciju?

Neuronska poruka- sve ili ništa

Priča o neuronskom kodiranju neizbježno započinje s nobelovcem Lordom Adrianom (1891-1977). Dvadesetih godina prošlog stoljeća Adrian je, radeći na žabama, izveo niz pokusa čiji su rezultati bili toliko revolucionarni da zlobnici kažu kako se nakon njega u istraživanju neuronskog kôda ništa značajno nije dogodilo.

Adrian je pokazao da informacija o vanjskom svijetu u živcani sustav ulazi kao niz impulsa čiji oblik i veličina ovisi jedino o lokalnom stanju aksona. Ako zanemarimo sitne varijacije, koje su posljedica promjena u sastavu stanične i izvanstanične tekućine, visina električnog pulsa je praktički uvijek ista. Taj puls kojeg danas nazivamo akcijski potencijal ili "spajk" (eng. spike- šiljak) je nagla, gotovo trenutačna promjena lokalnog membranskog potencijala koja putuje duž aksona mehanizmom samoobnavljanja.

Objašnjenje tog fascinantnog mehanizma je stiglo tek dvadeset godina nakon Adrianovih pokusa na žabama, a dugujemo ga Hodgkinu i Huxleyu (Nobelova nagrada 1963).

Oni su pokazali da stijenka neurona sadrži određene kanale osjetljive na električno polje koji se prilikom električnog podražaja otvaraju zbog čega dolazi do nagle promjene ionskog sastava stanične tekućine i odgovarajućeg skoka membranskog potencijala. Taj električni skok zatim pobuđuje susjedni dio stijenke i proces se nastavlja poput gorenja fitilja. Važno je napomenuti da postoji kritična vrijednost koju podražaj mora dosegnuti kako bi pokrenuo lančanu reakciju. Slabiji podražaj koji nije dosegnuo prag neće stvoriti niži akcijski potencijal, nego ga uopce neće stvoriti. Taj princip se naziva sve-ili-nista (eng. all-or-none). (Očigledno i ovdje postoji velika sličnost kompjutera i mozga - naime oba sustava rade u binarnom kôdu koristeći samo dvije vrijednosti kako bi zapisali informaciju).

Iako Adrian nije mogao poznavati mehanizam stvaranja akcijskog potencijala, dobivši signale koji su se sastojali od više-manje jednakih električnih pulseva, on je zdravorazumski zaključio da informacija može biti zapisana jedino u vremenu dolaska električnih pulseva. Tu ideju je odmah provjerio i, kao svoje drugo otkriće, pronašao da frekvencija kojom neuroni iz žabljih mišića ispaljuju pulseve raste sa silom istezanja mišića. Drugim riječima, broj akcijskih potencijala u jedinici vremena predstavlja intenzitet vanjskog podražaja. Snimivši aktivnost mišićnog neurona, prema tom jednostavnom pravilu možemo odrediti koliko je približno iznosila težina utega okačenog na žablji krak.

Ovo uzbudljivo otkriće je bilo toliko utjecajno da još i dan danas velik broj znanstvenika vjeruje kako upravo frekvencija ispaljivanja ( eng. firing rate) akcijskih potencijala određuje bitnu informaciju (tzv. 'rate code hypothesis'). S druge strane prebrojavanjem akcijskih potencijala unutar jednog vremenskog okna ( eng.time window) gubimo informaciju o sitnim promjenama koje su se desile unutar okna. Zato mnogi tvrde kako informacija ne može biti zapisana u prosječnom broju pulseva u jedinici vremena nego u međupulsnim intervalima (eng.interspike intervals, skraceno ISI). Ta alternativna hipoteza se naziva hipoteza o temporalnom kôdu (eng. temporal code hypothesis).

Svijet kao razbijeno ogledalo

Iako nam se svijet pokazuje kao jedinstveni, neprekinuti doživljaj, naš ga živčani sustav svakog trenutka razbija na sastavne dijelove prenoseći u mozak svaki djelić slagalice odvojeno. Iskustvo čitanja novina rastvara se u nizove akcijskih potencijala, koji različitim putevima idu u mozak- šum novina preko uha ide u auditorni korteks, izgled slova preko mrežnice oka ide u vizualni korteks, hrapavost papira preko kože u somatosenzorni korteks itd. Prevođenje fizikalnog podražaja u neuronski kod zbiva se u receptorima koji se razlikuju od osjetila do osjetila, i koji su usko specijalizirani za odgovarajući oblik energije- receptori za dodir prevode mehanicku energiju pritiska, dok receptori za svjetlost prevode energiju elektromagnetskog vala. Podražaj pretvoren u niz impulsa u jednom receptivnom području putuje kolosjekom koji je rezerviran samo za te impulse, i dolazi u posebno rezerviranu skupinu neurona. Primjerice, podraživanje nekog djelića kože izaziva pobuđivanje točno određenog dijela somatosenzornog korteksa, a čitav somatosenzorni korteks poput zemljopisne mape preslikava kožu čitavog ljudskog tijela. Receptivno polje (područje koje pokrivaju receptori) ne mora nužno biti smješteno u prostoru- u slučaju zvuka ono predstavlja usko područje frekvencija. Stoga je slušni korteks organiziran tonotopski - svakoj točki korteksa odgovara jedan ton. Ton C1 se nalazi u jednom području, a ton D1 u susjednom - slično klavijaturi.

Majmuni u virtualnom svijetu

Ipak, skeptici će reći: to što neki neuroni reagiraju na određene podražaje ne mora značiti da ti neuroni zaista imaju funkciju osjeta. Oni možda predstavljaju odraz, ili nuspojavu- ulična sjenka se kreće jednako živahno kao i čovjek, ali to ne znači da je ona bitna za motoriku pokreta. Pitanje relevantnosti neuronske poruke je svakako važan dio istraživanja neuronskog kôda. Da bi neka poruka mogla biti ocijenjena kao neuronska reprezentacija sreće ona mora imati funkciju osjećaja sreće. Nećemo tvrditi da je neki neuron odgovoran za sreću zato što se aktivira kad nogometaš dade gol. Taj neuron možda predstavlja zvuk i aktivirao se jer je stadionska publika počela oduševljeno urlati. Kako ocijeniti koji je neuron relevantan?

Meksički znanstvenik Ranulfo Romo istražuje kako neuroni u somatosenzornom korteksu majmuna kodiraju mehaničke vibracije. Njegovi majmuni su istrenirani da pritisnu tipku A kad osjete visoku frekvenciju, odnosno da pritisnu tipku B kad osjete nisku frekvenciju. Nakon mnoštva pokusa u kojima je snimao aktivnost neurona, Romo je odlučio napraviti novi test u kojem majmun mora prepoznati frekvenciju, ali ovog puta nije puštao mehaničke vibracije, nego je stimulirao dotične neurone. To je radio električnim signalima koji su odgovarali prije snimljenoj aktivnosti. Na veliko oduševljenje znanstvene javnosti, majmuni su se ponasali točno kao da su dobivali mehaničke vibracije. I ne samo to, nego su i uspješno raspoznavali više od nižih frekvencija. Neuronska aktivnost u ovom primjeru dakle nije samo sporedna irelevantna pojava nego važna poruka koju majmuni doživljavaju kao stvarnost. Lažni ili bolje rečeno umjetni signal kojim je podraživan neuron majmuni su doživjeli kao stvarnu mehaničku vibraciju. Upravo kao što ljudi u filmu Matrix umjetno kreirani virtualni svijet doživljavaju kao stvarni svijet.

Mali čovječuljak u glavi

Teoretski gledano neuronska poruka bi mogla predstavljati bilo što- riječ, boju, liniju, ton, intenzitet zvuka, brzinu pokreta ili nešto deseto. Možda sve to skupa izmiješano kao što jedan djelić TV signala ujedinjuje čitav filmski kadar (nije isključeno da se u nekim područjima mozga, poruke iz različitih dijelova korteksa ujedinjuju). Međutim, postavlja se pitanje -tko to dekodira signal i napokon doživljava svijet? Ovo pitanje je bilo uzrok mnogih filozofskih rasprava, a znanstveni kritičari su na nj često odgovarali postojanjem Homunculusa- malog čovjeculjka koji živi u našem mozgu i gleda dekodirani signal upravo kao što mi gledamo televiziju. Ideja ove kritike je da neuronsko kodiranje nikad ne ulazi u samu bit ljudske percepcije svijeta. Mali čovječuljak gleda TV, pa se postavlja pitanje kako on percipira svijet. Stoga se u njegovu glavu uvodi drugi čovječuljak itd. Ipak ovo pitanje se bazira na našoj, voajerskoj perspektivi i na nj možda nikad nećemo moći odgovoriti.

Orgazam kao novčana valuta

Smatramo da trenutno razumijemo jedino sliku i zvuk (ali niti to u potpunosti) jer su to jedina dva osjetilna fenomena koja smo u stanju opisati fizikalnim veličinama i prenijeti od jedne do druge osobe tehničkim sredstvima. Lako je zamisliti da ćemo jednog dana u budućnosti locirati "neurone za snove" i da ćemo uspjeti dekodirati njihovu aktivnost- tada ćemo snove projicirati na filmsko platno. Ali kako ćemo prenijeti osjećaj tuge ili seksualnog užitka? Ovo pitanje ukazuje na svu kompleksnost mozga, ali i razotkriva naše nerazumijevanje doživljaja. Promatranje snova na platnu nije doživljaj snova. Pravi doživljaj bi bio kad bi san iskusili direktno kao da smo i sami u snu. Način na koji trenutno prenosimo sliku se ukratko može opisati kao lanac: kodiranje projekcije (kamera)-prijenos-dekodiranje(TV)-receptori oka-mozak. Dodir ne prenosimo jer bi kodiranje svih receptivnih polja kože bilo tehnički prezahtjevno, a osim toga teško je zamisliti kako bi uopće izgledao prijemnik.

Međutim, takav način prenošenja podataka nema veze s neuronskim kodiranjem zato što receptori obavljaju prevođenje podražaja u neuronske signale. Ono čemu težimo je direktan prijenos u mozak. Kao što smo vidjeli na primjeru Romovog pokusa, podražaj se moze imitirati. Može se uvesti direktno u mozak, tako da se zaobiđu receptori. Upravo to je ideja pužnog implanta (tzv. umjetne pužnice). Ljudima s oštećenjem uha (a to nije isto što i oštećenje sluha) kroz pužnicu se može provesti snop elektroda koje, potom, električnim poljem podražuju živce tako da (stari) receptori postaju suvišni. Elektrode su s vanjske strane spojene na mali procesor koji dekomponira zvuk na nekoliko osnovnih frekvencija. Iako pretvorbu signala u živčane impulse ne razumijemo u potpunosti, ljudi s pužnim implantom razumiju govor, komuniciraju preko telefona i čuju cvrčanje ulja na vatri.

Problem kodiranja možda će u budućnosti biti zamijenjen problemom imitiranja. Umjesto da pokušavamo razbiti kôd, možda ćemo stvarati banke neuronskih signala, a zatim ih jednostavno koristiti zaobilazeći receptore. Time se otvara mogućnost doživljavanja iskustava koja u stvarnosti nismo doživjeli, a posebno ugodna i uzbudljiva iskustva će postati tražena roba. Lako je moguće da orgazam postane novčana valuta ukodirana u obliku kredita na nekoj vrsti bankomat kartice.

Virtualna stvarnost ima i svoje mračne strane: uz banke doživljaja, moguće su manipulacije iskustvima. Brisanje pamćenja ili zamjena iskustva će postati ozbiljan pravni problem jer će posebno trebati utvrđivati autentičnost iskustva svjedoka.

Povijesno gledajući, tehnološke inovacije su uvijek nosile breme odgovornosti, a velika revolucija kao što je umjetno iskustvo, neminovno mora nositi nezamislive etičke probleme. Ipak, komunikacija mislima i darivanje vida slijepim osobama, tjelesno iskustvo i radost života za hendikepirane su dobrobiti koje daleko nadmašuju probleme i koje nas tjeraju da što prije naučimo jezik neurona.

Autor :
Jurica Hižak, rođen je 1975. u Varaždinu, magistrirao je na Međunarodnoj školi za napredne studije u Trstu u području kognitivne neuroznanosti. Diplomirao je fiziku na PMF-u u Zagrebu.
Jurica Hižak, 24.siječnja 2004.

Preneseno sa portala:
http://portal.connect.znanost.org


Vrlo zanimljivo razmišljanje, što ostali misle?

...nocne more...