06-Umysl-Charaktery.pdf

Od mózgu do umysłu.

Włodzisław Duch

Katedra Informatyki Stosowanej UMK, Toruń

School of Computer Engineering, Nanyang Technological University, Singapore

Google: Duch

Po raz pierwszy w historii wiemy dostatecznie dużo by pokusić się o stworzenie teorii łączą-

cej stany mózgu z subiektywnie odczuwanymi wrażeniami i stanami umysłowymi, a więc po-

łączyć badania nad mózgiem i psychologię. Są to dwa zupełnie odrębne światy: z jednej stro-

ny komórki nerwowe (neurony) i przesyłane przez nie impulsy elektryczne, badane przez neu-

rofizjologów, oraz cząsteczki chemiczne wpływające na sposób powstawania i przekazywania

tych impulsów pomiędzy neuronami, badane przez neurochemie, a z drugiej strony znane z

własnego doświadczenia 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?

Do niedawna modele funkcji mózgu ograniczone były do funkcji percepcyjnych oraz modeli

pamięci skojarzeniowych. Powstały bardzo dokładne symulatory zachowania pojedynczych

neuronów i niewielkich grup połączonych ze sobą neuronów. Sztuczne sieci neuronowe po-

kazały, jak nawet proste modele mogą wyjaśnić procesy uczenia się i różnych rodzajów pa-

mięci. 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 czyn-

ności jak chwytanie przedmiotów wymagają korelacji pomiędzy informacją płynącą z kory

wzrokowej i aktywności kory ruchowej, która nadaje dłoni odpowiedni układ. Za koordynację

tych informacji odpowiedzialna jest wyodrębniona część kory mózgu należąca do części cie-

mieniowej. Lokalne uszkodzenie tego obszaru kory, jakie może nastąpić np. z powodu wyle-

wu 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 zachowanie organizmu. Kie-

dy jednak różne mechanizmy działania mózgu się załamują prawda wychodzi na jaw – „ja”

jest jedną z wielu rzeczy, które tworzy mózg.

Wyższe czynności psychiczne, takie jak myślenie, rozwiązywanie problemów, rozumienie

języka naturalnego, kreatywność, intuicja, nabywanie umiejętności, wymagające początkowo

świadomego zaangażowania, 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 mamy przynajmniej wyobraże-

nie, jakie mogą wyglądać stojące za nimi procesy neurofizjologiczne, jak je powiązać ze sta-

nami umysłu, jakie wykonywać eksperymenty by uściślić nasza wiedze, oraz jak wykorzystać

płynące stąd inspiracje do stworzenia komputerowych systemów. Dyskusja wykracza więc

daleko poza mgliste rozważania typu „czym jest świadomość”, dominujące w popularnej pra-

sie, zmierzając w kierunku pełnej neurokognitywnej teorii umysłu. Nazwa „neurokognityw-

na” podkreśla fakt, że czynności poznawcze (kognitywne) i działanie mózgu (a więc neuro-

nów) 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 prze-

twarzania informacji w podobny sposób.

Słowo „umysł” odnosi się do wielu różnych zjawisk i psycholodzy poznawczy nie przejmują

się brakiem ogólnej definicji, badając różne manifestacje działania umysłu. W klasycznym

ujęciu kognitywnym (kognitywistyka jest nauka o poznawaniu, a więc o umysłach), rozwija-

nym przez psychologów i specjalistów od sztucznej inteligencji od połowy lat 1970, [1]umysł

uznawany jest za system kontrolny określający zachowanie się organizmu przy oddziaływa-

niach ze złożonym, zmiennym w czasie środowiskiem. Umysł realizowany za pomocą wielu

współdziałających ze sobą podsystemów działa w oparciu o zgromadzoną wiedzę, którą moż-

na wyrazić za pomocą symboli jakiegoś języka. Takie podejście symboliczne oderwane jest

od neurobiologii. Chociaż może być ono przydatne, 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 pod-

stawę naszego świata wewnętrznego.

Własności i odczucia, których jesteśmy świadomi są wewnętrznymi stanami umysłu, które

mogą powstać na skutek zewnętrznych, albo też czysto wewnętrznych wzajemnych pobudzeń

struktur neuronowych mózgu. Starożytny indyjski tekst „Surangama Sutra” przetłumaczony

w 705 roku na język chiński zawiera zdumiewająco współczesne stwierdzenia, np. „każde

zjawisko, które poznajemy, jest jedynie manifestacją umysłu, który jest substratem wszyst-

kiego”, oraz „umysł działa jakby na cieniach rzeczy”. Chociaż mamy nieodparte wrażenie, że

wszystko co słyszmy i widzimy jest częścią zewnętrznego świata naprawdę możemy mówić

jedynie o niektórych stanach swojego mózgu, wywołanych przez bodźce zewnętrzne lub sta-

ny wewnętrzne, ale nie o samej rzeczywistości. Widać to szczególnie wyraźnie w przypad-

kach złudzeń optycznych, lub halucynacji pod wpływem zatrucia czy choroby. Ponieważ złu-

dzenia bierzemy ciągle za rzeczywistość trudno jest nam sobie wyobrazić, jak stany mózgu

wiążą się ze stanami umysłu. Potrzebna jest do tego bardziej wnikliwa obserwacja stanów

umysłu, powstawania świadomych odczuć, wrażeń zmysłowych i myśli.

Filozofia w 20 wieku podjęła próbę takiej dogłębnej analizy zjawisk umysłowych w ramach

nurtu zwanego fenomenologią, jednakże zamiast oprzeć się na dogłębnej introspekcji odrzu-

cając wszelkie z góry powzięte koncepcje dość szybko ugrzęzła w spekulacjach. Specjalista-

mi od analizy stanów umysłowych są mnisi buddyjscy, a ich wiedza jest od lat przedmiotem

zainteresowania ekspertów od badań nad mózgiem, szukających powiązania pomiędzy dają-

cymi się obiektywnie mierzyć stanami neurofizjologicznymi i subiektywnymi stanami we-

wnętrznymi. Eksperci od badań nad mózgiem zrzeszeni w „Towarzystwie Neuronauk” (So-

ciety for Neuroscience), największym towarzystwie naukowym na świecie (liczy ono ponad

37 tysięcy członków) zaprosili na swój kongres w listopadzie 2005 roku duchowego przy-

wódcę Tybetańczyków, Dalaj Lamę, który od dawna angażuje się w dyskusje z naukowcami

na temat natury umysłu. Nakreślił on możliwe obszary współpracy, które obejmują dwie

dziedziny, w których mnisi tybetańscy szkolą się przez lata: kontrolę uwagi i opanowanie i

transformację emocji.

Świat wewnętrzny to świat relacji pomiędzy stanami, które może przyjmować mózg. Konfi-

guracje atomów tworzą nieskończona różnorodność obiektów fizycznych, mając 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 cał-

kowitej 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), my-

śli, wspomnienia, emocje, intencje; można je ogólnie nazwać „obiektami umysłu”. Obszary

kory skroniowej związane z mową kojarzą z obiektami umysłu specyficzne pobudzenia, nada-

jąc 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 krą-

żą w mózgu nie pobudzając obszarów kory czołowej (tzw. obszaru Brocka), odpowiedzial-

nych za uruchomianie aparatu głosowego. Niektóre osoby czytając 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 róż-

nych 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, częścio-

wo autonomiczny świat wewnętrzny. Piana na morskiej fali może formować się dzięki od-

działywaniom cząsteczek wody, ale za bezpośrednią przyczynę uznamy raczej wiatr i ukształ-

towanie dna morskiego. Reakcje na dźwięki dobiegające do czyjegoś ucha możliwe są dzięki

oddziaływaniom neuronów, ale za ich przyczynę skłonni jesteśmy uznać rozpoznanie znajo-

mego głosu, wcześniejsze kontakty i indywidualną historię danej osoby. Zjawiska fizyczne

niezbędne są więc do powstania zjawisk umysłowych, ale ich w istotnym sensie nie wyjaśnia-

ją, nie można więc w pełni zredukować świata umysłu do oddziaływań atomów. Podobnie nie

można w pełni zredukować świata kultury, emergentnych zjawisk wynikających z oddziały-

wań wielu umysłów, do indywidualnego umysłu.

„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 2-4

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. dźwię-

ków określonego typu, kolorów czy kontrastowych krawędzi o określonym nachyleniu. Kom-

binacja tych elementarnych doznań w dolnej i tylnej części kory skroniowej odpowiedzialna

jest za rozpoznawanie obiektów za pomocą słuchu i wzroku. Neuropsychologia opisała

szczegółowo różne typu zaburzeń mowy (afazje), związane ze zlokalizowanymi uszkodze-

niami 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. Ob-

szary kory specjalizujące się w języku są silnie połączone z korą zmysłową z jednej strony

oraz z obszarami kory czołowej, związanymi z podejmowaniem działań z drugiej strony.

Rozpoznawanie obiektów na podstawie informacji zmysłowej wiąże się z określaniem kate-

gorii stanów przyjmowanych przez różne obszary kory. Rzeczywiste obiekty, takie jak zwie-

rzęta 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 „komentowania” werbalnie, staje się więc informacją

świadomą.

Zagadnienia związane z świadomością są nadal kontrowersyjne i trudno jest podać zadawala-

jąca definicję pojęcia „świadomość”. 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 się to dzieje w przypadku różnych chorób psychicznych.

Wynika z tego, że również w sztucznych systemach, przetwarzających informację w podobny

do mózgu sposób, powinna pojawić się świadomość. W takich systemach, podobnie jak w

naszych mózgach, obiektom umysłu odpowiadać będą różne stany fizyczne wzajemnych po-

budzeń obszarów kory mózgu (a raczej jej odpowiednika). Relacje pomiędzy tymi obiektami

umysłu tworzyć będą wewnętrzną rzeczywistość, a strumień świadomości powstanie przez

skojarzenia z innymi stanami i pamiętanymi sytuacjami. Każdy sztuczny system tego rodzaju,

zdolny do komentowania swoich stanów wewnętrznych, będzie więc twierdzić, że odczuwa

wrażenia. Owe „komentarze” oparte są na skojarzeniach i zdolności do nadawania symbo-

licznych nazw stanom różnej kategorii, a ich wyniki mogą przejawiać się w zmianie zacho-

wania lub wpływać na pojawienie się kolejnych stanów wewnętrznych. Zrobienie świado-

mych systemów sztucznych nie będzie jednak rzeczą łatwą, bo organizacja przetwarzania in-

formacji w mózgu nie przypomina wcale komputera.

Panuje przekonanie, że szachiście dobre plany gry po prostu przychodzą do głowy intuicyjnie,

a komputer musi pracowicie rozważyć wszystkie możliwości by wybrać najlepszą. Jest to

oczywiście całkowicie błędne przekonanie. Intuicja bierze się z doświadczenia, tysięcy roz-

grywanych partii, ogromnej pamięci i zdolności do abstrakcji istotnych układów figur na sza-

chownicy. Programy szachowe szukają dobrych planów działania używając podobnych reguł

co eksperci szachowi[1]. Mózg szachisty zdolny jest do wykonywania znacznie większej

liczby operacji niż komputer szachowy, i to tysięcy razy więcej. Dlaczego nie jesteśmy świa-

domi procesów prowadzących do pojawienia się pomysłów w naszej głowie? Cząstkowe wy-

niki pracy mózgu są zbyt mało przydatne do podejmowania decyzji, poza tym jest ich zbyt

wiele. Nie ma więc ani powodu, ani możliwości, by były rozpoznawane przez obszary mózgu

zdolne do kategoryzacji stanów mózgu, a więc by mogły pojawić się w umyśle.

Co więc się dzieje w mózgu w czasie intensywnego myślenia czy innej działalności twórczej?

Z grubsza wygląda to prawdopodobnie następująco[8]. Mózg ma ogromną liczbę wyspecjali-

zowanych podobszarów, potrafiących dokonać transformacji informacji zmysłowej, selekcji

istotnej informacji, skojarzeń z zapamiętanymi sytuacjami i abstrakcyjnych operacji. By zro-

bić krok prowadzący do znalezienia rozwiązania należy znaleźć transformację, która da coś

ciekawego. Pierwsze zadanie – skojarzenie – wymaga szukania wśród milionów znanych fak-

tów tych, które dadzą się w danych warunkach zastosować, drugie – określenie, co to znaczy

„ciekawego” – wymaga odfiltrowania z możliwych skojarzeń tych najbardziej interesujących.

Podstawowym elementem tego procesu jest powtarzająca się triada: postawienie problemu –

szukanie rozwiązań – przedstawienie częściowego wyniku, zmieniające postawiony problem.

1. W pierwszym kroku informacja o problemie do rozwiązania musi być udostępniona

wszystkim wyspecjalizowanym obszarom mózgu, które mogą coś wnieść do jego rozwią-

zania. Wymaga to wprowadzenia informacji, skupienia się nad zrozumieniem problemu

tak, by informacja stała się powszechnie dostępna w całym mózgu.

2. W drugim kroku informacja udostępniona wszystkim obszarom mózgu wywołuje reakcję

tych grup neuronów, które mogą skojarzyć, przetworzyć, lub coś do niej dodać.

3. Liczba możliwych transformacji danego problemu jest często bardzo duża, konieczna jest

więc wstępna selekcja. Pomiędzy obszarami mózgu, które uległy aktywizacji pod wpły-

wem prezentowanej informacji, istnieje konkurencja o dostęp do pamięci roboczej. Oceny

emocjonalne jak i poznawcze wybierają spośród wszystkich konkurujących ze sobą pobu-

dzeń mózgu te, które najlepiej pasują do wprowadzonej informacji, które zmieniają ją

zbliżając do rozwiązania (sytuacji docelowej), lub tworząc nowy, interesujący podpro-

blem.

W efekcie w pamięci roboczej pojawia się częściowe lub końcowe rozwiązanie, lub kilka

pomysłów, które mogą doprowadzić do rozwiązania lub przynajmniej do prostszych proble-

mów; rozwiązanie oznacza podjęcie akcji lub zdolność do podjęcia takiej akcji. Proces ten

powtarza się bez przerwy, prowadząc krok po kroku do rozwiązania. Najważniejszym etapem

rozwiązywania postawionego zadania jest więc wprowadzenie informacji do mózgu, do czego

potrzebna jest odpowiednia koncentracja na wykonywanym zadaniu, wyłączenie innych pro-

cesów zachodzących w mózgu. Jednakże bez wcześniejszego przygotowania, bez elementar-

nych skojarzeń, doświadczenia w grze, nauki tabliczki mnożenia, podstawowych przekształ-

ceń algebraicznych, czy poznania schematów postępowania przez rozwiązywania licznych

zadań, nie da się efektywnie zrobić drugiego kroku, gdyż żadne obszary mózgu nie utworzą

ciekawych skojarzeń z dostępną informacją o zadaniu do rozwiązania. Trzeci krok wymaga

znowu skupienia, by nie utracić wyłaniającego się rozwiązania w chaosie wrażeń czy myśli.

Niestety obecny system edukacyjny pomija naukę koncentracji, która jest najważniejszym

elementem całego tego procesu.

Do myślenia i rozwiązywania problemów niepotrzebny jest więc żaden wysiłek, ważne jest

przede wszystkim wstępne przygotowanie i odpowiednie skupienie! Można jednak podejrze-

wać, że przedstawiony tu proces przedstawia poprawnie jedynie rozwiązywanie typowych

zadań, dla których wystarczy myślenie schematyczne. Myślenie twórcze musi przecież wy-

kraczać poza wyuczone schematy. Zagadnienia związane z intuicją czy olśnieniami typu

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: