Mitu aktiivset blogi lugejat on heal tasemel matemaatikatudengid ja täna avaldaksingi neile erilist tänu blogi toetamise ja lugemise eest, kirjutades ühest uuest tööst, milles uuritakse peastarvutamise neuronaalseid korrelaate ühe eriti kavala nurga alt. Täiesti teemaväline see postitus blogi jaoks pole, sest üks tuntumaid matemaatikaga seotud ajuprotsesside uurijaid, härra Stanislas Dehaene Pariisist, on ühtlasi ka üks maailma hinnatumaid teadvuseteadlaseid. Stanilt ja ta kambalt see uus töö tulebki (ja ilmub lähinädalatel maailma teaduse tippajakirjas Science).
Kahtlemata eristab inimlooma muudest loomadest see, et oma liigi ajaloo jooksul on ta suutnud tekitada ja rakendada (keelt, kirjakeelt ja) matemaatikat. Ajuteaduse vaatevinklist seda vaadates on selge, et matemaatika on liiga hiljutine kultuuriline areng, et evolutsioon ja looduslik valik oleksid jõudnud ja saanud matemaatika jaoks luua uued, spetsiaalselt matemaatika ja arvutamise jaoks loodud ajupiirkonnad. Niisiis, kus toimub matemaatika? Loogiline on arvata, et matemaatiline mõtlemine on ajus hõlmanud mingeid teisi ajupiirkondi, millel on evolutsiooniliselt tegelikult teised funktsioonid – matemaatika niiöelda “varastab” ruumi ajus “vanadelt ja nõrgematelt”.
Millised võiksid olla need vanemad ja evolutsioonilisemad funktsioonid? Üks intuitsioon selle kohta ütleb, et matemaatika ja matemaatiliste operatsioonide läbiviimine on ajus seotud nende piirkondadega, mis on seotud ruumiinformatsiooni töötlemisega. (Ruumiinformatsioon tähendab näiteks: kas tiiger ründab mind ruumis vasakult või paremalt? kas peaksin nüüd jooksma vasakule või paremale? jne.) Ehk tundub see väide üllatav, kuid tõendusmaterjali selle kohta on veelgi üllatavamalt palju (reaktsiooniaeg numbrile “3″ on kiirem vasaku kui parema käega, numbrile “8″ on asi vastupidi; numbri “3″ näitamine ekraanil viib tähelepanu tahtmatult vasakule, numbri “8″ näitamine paremale jne jne. näiteid on tõesti palju) ja on alust arvata, et matemaatiline mõtlemine ajus toimub tõepoolest samades piirkondades, kus ruumiteabe töötlemine.
Täna kirjeldatava töö idee oli lihtne (aga hämmastav): on teada, et tähelepanu liikumine ruumis on seotud silmaliigutustega (tähelepanu liigub sinna, kuhu suunas on silmaliigutused); samuti on teada, et tähelepanu liigub vasakule, kui tegu on väiksema arvuga, ja paremale, kui tegu on suurema arvuga. Nüüd: kui liita kaks arvu, siis saame suurema arvu, võrreldes olukorraga, kus me esimesest arvust teise lahutame. Seega peaks tähelepanu liitmise korral liikuma paremale, lahutamise korral aga vasakule. Lihtne. Kuna aga tähelepanu on seotud silmaliigutustega, siis võiks olla võimalik välja lugeda ajuaktiivsuse mustrist, mis on seotud silmade kas vasakule või paremale liigutamisega, kas tegu oli liitmise või lahutamisega. Veelkord: kui me teame, milline ajuaktiivsus on seotud paremale või vasakule vaatamisega, siis me võime sellest ajuaktiivsusest saadud teadmiste põhjal ennustada, kas katseisik lahutas (tähelepanu peaks liikuma vasakule, aktivatsioonimuster peaks sarnanema aktivatsioonimustrile, mis on seotud silmaliigutusega vasakule) või liitis (tähelepanu peaks liikuma paremale, aktivatsioonimuster sarnaneb paremale suunatud silmaliigutuste omaga).
Kuidas seda teha? Eks kasutatakse taas meile juba tuntud mõtetelugemistehnoloogiat. Esiteks lasti katseisikul teha silmaliigutusi paremale või vasakule. Siis kasutati teatud algoritme, et eristada ajuaktiivsuseid, mis on seotud paremale või vasakule suunatud silmaliigutustega, treeniti oma masinaid ning näidati, et need algoritmid suudavad pelgalt ajuaktiivsuse mustreid hinnates öelda, kas katseisik liigutas silmi vasakule või paremale. Tore, aga ei midagi erilist. Nüüd tuleb selle töö tore ja väga eriline osa: Neid samu mõtetelugemisalgoritme, mis olid treenitud silmaliigutuste suuna eristamiseks, kasutati, et määrata, kas katseisik teeb liitmis- või lahutamistehet.
Katseisik pikutas fMRI-skänneris. Talle näidati näiteks “L” nagu “lahuta”, seejärel ilmus ekraanile üks arv (43), natukese aja pärast teine (18) ja mõne sekundi pärast mõned vastusevariandid, millest katseisik pidi kõige õigema valima. Mõtetelugemiseks kasutati ajahetke pärast teise arvu näitamist, mil katseisik oletatavalt liitis või lahutas. Meenutagem: liitmine teeb esimese arvu suuremaks, seega peaks tähelepanu liikuma paremale (lahutamine => väiksemaks => vasakule); teadlased olid huvitatud, kas nad suudavad ajuaktiivsuse mustri põhjal öelda, kas katseisikud liitsid või lahutasid; oluline: seda ajuaktiivsuse mustrist tehte väljalugemist tehti algoritmide abil, mis olid õppinud eristama silmaliigutuste suunda. Arvata on, et kui me seda tööd siin blogis kirjeldame (ja kui ta tippajakirjas Science avaldatakse), siis teadlastel see trikk tõepoolest õnnestus: nad suutsid katseisiku ajuaktiivsuse põhjal öelda, kas katseisik liitis või lahutas, kasutades selleks algoritme, mis olid õppinud eristama vasakule tehtavaid silmaliigutusi paremale tehtavatest silmaliigutustest.
Need tulemused on tugev tõend väitele, et matemaatikaliste tehete läbiviimine on ajus seotud piirkondadega, mis on evolutsiooni käigus mõeldud töötlema teavet ruumi kohta. See annab alust arvata, et ka evolutsiooniliselt on matemaatika välja arenenud just ruumitunnetamisest ja sellega seotud protsessidest.
Nuh, matemaatikud, kas teate nüüd enda kohta rohkem?
Allikas: Knops et al., in press, Science: Recruitment of an Area Involved in Eye Movements During Mental Arithmetic
viimased kommentaarid: