Teadvuse suure probleemi lahendamine: hetkeseis

Eesti Psühholoogide Liidu Laualehe viimases numbris ilmus mu pisike ülevaade sellest, kui kaugele me teadvuseteaduses viimase 20. aastaga jõudnud oleme. Kindlasti lugege Laualehte kogu ulatuses, aga neile, kel sõrmed klikkimiseks nõrgad, aga silmad lugemiseks valmis, lisan oma artikli ka siia:

Miks kuuma pliidiraua puudutamine tekitab valutunde? Kuidas aju masinavärgi tööst sünnib tunne olla keegi? Ehkki leidub ka mõningaid teadlasi ja filosoofe, kes peavad sääraseid küsimusi igavateks või mõttetuteks, ollakse üldiselt ühel nõul, et küsimus sellest, mis on teadvus, on üks tänapäeva teaduse suurimaid väljakutseid, paljude arvates isegi viimane suur lahendamata mõistatus. Seda mõistatust on „ametlikult“ uuritud alates 1990ndate algusest, mil Nobeli preemiaga pärjatud Francis Crick propageeris valjuhäälselt seisukohta, et teadvuse probleemi saab teaduslikult uurida ja et õige aeg selle probleemi ründamiseks on käes. Kuhu me oleme nende rohkem kui 20 aastaga jõudnud?

Cricki ja tema noorema kolleegi Christof Kochi poolt välja pakutud strateegia teadvuse probleemi ründamiseks oli järgnev: me peame esialgu keskenduma teadvuse neuronaalsete korrelaatide (TNK) leidmisele. TNK all mõistetakse minimaalselt piisavat ajuprotsesside kogumit, mis on seotud mingi kindla teadvuselamusega – näiteks kuuma pliidiraua puudutamisel kogetav valu oleks seotud kindla TNKga, mille (tehislik või loomulik) käivitamine viikski vastava teadvuselamuseni. See TNK-strateegia paistab üsna lihtsa ja loogilisena, eriti kui eksperimentaalpsühholoogid suudavad välja pakkuda katseparadigmad, kus mingit ühte ja sama objekti vahel teadvustatakse ja vahel mitte – teadvustamise korral TNK käivitub, objekti mitteteadvustamise korral mitte. Seega tuleks neid katseparadigmasid lihtsalt kombineerida ajuaktiivsuse mõõtmisega ja – voila! – TNKd ilmneksid ridamisi.

Seda pole siiski juhtunud. Eks lugeja juba taipas, et inimeste ajuaktiivsuse uurimise korral on suurimaks probleemiks see, et need ajuprotsessid, mida me EEG või fMRI või muude sarnaste tehnoloogiatega mõõdame, pole piisavalt spetsiifilised, vastamaks TNKle, mis on minimaalne piisav ajuprotsesside kooslus. Seega on EEG, fMRI jms abil otsitud makro-skaala TNKsid – globaalsel skaalal mõõdetavaid ajuprotsesse, mis peegeldavad spetsiifilisi TNKsid. Sellise otsingu loogika on ka lihtne: kui leiame makro-skaala TNKd, siis teame vähemalt paremini, millal ja kust TNKsid otsida ja võime vastavaid ajuprotsesse uurida edasi näiteks ahvikeste ajus. Kahjuks on aga nii, et ka usaldusväärseid makro-skaala TNKsid pole selle 20 aasta jooksul leitud: erinevates laborites saadud tulemused on nii mitmekesised ja erinevad, et nende põhjalt on loodud risti vastupidiseid seisukohti kaitsvad teadvuseteooriad. Paneb ju mõtlema ja muigama, kui samade teadustööde pealt järeldavad osad, et TNK on seotud ajukoore sensoorsetel alade tööga, samas kui teised arvavad, et TNK tekib frontaalsete ja parietaalsete alade vahelises globaalses tööruumis, mõned pakuvad, et TNK seisneb erinevate ajukoore ja talamuse piirkondade vaheliste töötlusahelate aktiivsuses, ja ka kõik ülejäänud võimalused on kellegi teoorias kaalutud.

Milles probleem? Teaduslik küsimus makro-skaala TNKde kohta tundub ju mõistlik. Eksperimentaalpsühholoogias arendatud katseparadigmad, mille abil neid makro-skaala TNKsid leida, on ju kenad – maskeerimine, tähelepanu silmapilgutus, binokulaarne võistlus, liikumise abil indutseeritud pimedus jne. Kõigi nende katseparadigmade puhul on võimalik saavutada see, et täpselt samade objektiivsete stiimuliparameetrite (nt kontrast, SOA jne) korral eesmärkobjekti kord teadvustatakse, kord mitte, mis näib olevat ideaalne TNKde väljapeilimiseks. Aga pisut järele mõeldes ilmneb siiski probleem – see, kui me maskeerimise katses võrdleme katsekordi, kus eesmärkobjekti teadvustatakse, nende katsekordadega, kus eesmärkobjekti ei teadvustata, ei anna meile sugugi mitte ainult makro-skaala TNKsid, vaid ka palju muud, sest need katsekorrad ei erine ju mitte ainult teadvustamise suhtes. Näiteks on täiesti võimalik, et see vahe, mida me teadvustatud ja mitteteadvustatud katsekordade vahel mõõdame, peegeldab hoopis mingit erinevust, mis tekkis juba enne teadvustamist – lihtsalt see erinevus osadel katsekordadel viiski teadvustamiseni, teistel mitte. Sellise võrdlusega jääksid sõelale niisiis ka protsessid, mis toimuksid enne teadvustamiseni jõudmist. Ja loomulikult, kui nüüd edasi mõelda, on selge, et teadvustamisele järgnevad mitmesugused protsessid, mis ei ilmne siis, kui objekti ei teadvustata – teadvustamisel on tagajärjed, millel on ka neurokorrelaadid, mis jäävadki ka meie võrdluse tulemusteks, kuid mis pole vahetult seotud teadvuselamusega. Lühidalt: katseparadigmad, millega uuritakse teadvust, ei ole spetsiifilised, eraldamaks makro-skaala TNK’sid (vt ka joonis 1). Pole siis ka ime, et tööde tulemused nii erinevad on. …

Selle probleemi üle juureldes saab selgeks, et kui meie katseparadigmas erinevad teadvustatud ja mitteteadvustatud katsekorrad rohkema kui vaid teadvuselamuse poolest, ei saa me ajuandmeid vaadates öelda teadvuse kohta mitte midagi eriti täpset. Me lihtsalt ei tea, kas leitud korrelaadid kajastavad vahetult teadvuselamust või mingit protsessi, mis eelneb või järgneb talle. Ja pikalt keerutamata võib öelda, et hetkel pole ühtegi sellist katseparadigmat, kus seda probleemi ei ilmneks. Niisiis: me mõõdame alati rohkemat kui vaid seda protsessi, mille neuronaalsed korrelaadid meid huvitavad. Teadvuseteaduse hetkeseisu kirjeldab aga hästi fakt, et see probleem, mis iseenesest on ju üsna triviaalne, sai põhjalikult kirjeldatud alles 2012. aasta alguses üsna samaaegselt kahe uurimisgrupi poolt (Aru jt ja de Graaf jt, 2012). Niisiis see, kas meil on mingeid meetodeid sellest sasipuntrast väljapugemiseks, on hetkel veel üsna ebaselge. Kindel on aga see, et me peame oma eksperimentaalsete paradigmadega liikuma lihtsast vs. võrdlusest edasi – see kontrast jääb alati TNK suhtes mittespetsiifiliseks. Me peame leidma eksperimentaalsed moodused, kuidas TNKle eelnevaid ja järgnevaid protsesse nõnda katseliselt manipuleerida, et meil õnnestuks (makro-skaala) TNKd destilleerida.

Muidugi võime me sellest probleemist teadlikuks saades korraks mõelda, kas see TNK strateegia üldse on parim viis, kuidas teadvuse probleemile läheneda. Kuid küsime hoopis nii: mis oleksid mõistlikud alternatiivid? Üks ilmne strateegia oleks uurida teadvusseisundi neurokorrelaate: TNK strateegia on seotud mingi kindla teadvuselamuse aluseks olevate ajuprotsesside leidmisega, kuid võib ju ka küsida, mis on erilist teadvuses kui ajuseisundis. Võrdlusvõimalusi on mitmeid, näiteks ärkveloleku teadvus vs. sügava une teadvusetu seisund või anesteesiaseisund; vegetatiivne seisund vs. minimaalselt teadvuslik seisund. Aga järele mõeldes on selge, et ka need võrdlused on üsna mittespetsiifilised: näiteks ärkveloleku teadvuse ja sügava une teadvusetuse vahe pole ühelt poolt mitte ainult teadvuses, vaid ka tähelepanu, mõtlemise, mälu jm psüühikanähtuste jaoks vajalikes mitteteadvustatud protsessides, mis virgeoleku korral kindlasti erinevad uneseisundi korral toimivatest, jne. Teiselt poolt on erinevus ka neurokeemilisel tasandil, geeniekspressioonis jne. Seega on teadvusseisundite uurimine ehk veelgi vähem spetsiifiline selle suhtes, mida me uurida tahame.

Teine strateegia oleks teadvuse probleemile läheneda mitte alt üles, empiiriliste faktide juurest, vaid ülalt alla – proovides teoreetiliselt mõista, mis see teadvus on. Arvestades seda, et viimased 2500 aastat mõtlemist pole mingi mõistliku arusaamani viinud, võiks ju sellise teoreetilise lahenduse suhtes ettevaatlik ja skeptiline olla, kuid hiljuti on üks selline teooria saanud nii palju tähelepanu ja kiitust, et seda tasub siin lühidalt kirjeldada. Nimelt pakkus Giulio Tononi 2004. aastal välja informatsiooni integratsiooni teooria teadvusest. Selle teooria aluseks on kaks Tononi intuitsiooni: 1) teadvus on informatiivne – iga hetke teadvuselamus erineb miljonitest teistest, mis on põhimõtteliselt võimalikud, aga hetkel ei esine; 2) teadvus on integreeritud – iga teadvuselamus on meie jaoks ühtne, sidudes tervikuks suure hulga erinevaid elementaarset sisu omavaid signaale. See teooria erineb teistest omalaadsetest, kuna ta üritab informatsiooniteooria abil selgitada, mis see teadvus on – selle teooria kohaselt teadvus ongi integreeritud informatsioon. Kui süsteem integreerib informatsiooni, on ta teadvusel. Kui süsteemiks on inimaju, on teadvus selline nagu meil. Kui süsteem on lihtsam, on tal vähem teadvust – ka nutitelefonil on tükike teadvust. Kujutan ette, et kui need ideed oleks välja pakkunud mõni Eesti noorteadlane, oleks nende üle pisut muiatud ja nad peagi unustatud, kuid Nobeli laureaadi Gerald Edelmani õpilasena pälvis Tononi mõttekäik kiiresti tähelepanu. Tänaseks on seda artiklit Google Scholari andmetel tsiteeritud umbes 275 korda. Paljudes seda teooriat tsiteerivates artiklites võib leida lause stiilis „need tulemused sobivad Tononi informatsiooni integratsiooni teooriaga“. Nii võib pealiskaudselt jääda mulje, justkui oleks sellele teooriale tublisti tõendusmaterjali, kuid see mulje oleks tegelikkusest kaugel. Me nimelt hetkel ei saagi Tononi teooriat ei toetada ega ka falsifitseerida: ehkki Tononi teooria on kenasti formuleeritud informatsiooniteooria raames ja pakub välja isegi kvantitatiivse informatsiooniteooreetilise mõõdu teadvuse jaoks, ei ole seda reaalsete bioloogiliste süsteemide puhul võimalik uurida ega mõõta (nt Barrett & Seth, 2011; Nathan & Barbosa, 2011). Sellegi poolest on see teooria väärt lugemist ja tema üle juurdlemist, sest ta tõepoolest üritab selgitada, mis see teadvus on ja kuidas teadvus sobib meie muude arusaamadega maailma ja universumi kohta. Sõnastades selle teistmoodi: isegi kui me alt-üles suunatud uurimistööga leiame TNKd, peame me aru saama, miks just need TNKd teadvusega seotud on ja miks selliste neurobioloogiliste protsessidega kaasneb teadvuselamus. Me praegu ei oska selliste küsimustega suurt midagi peale hakata, aga Tononi teooria näitab, et põhimõtteliselt on olemas võimalusi püüda seda teha, isegi kui ta ise väär või eksitav olla võib.

1994. aastal pakkus Francis Crick oma raamatus „The Asthonishing Hypothesis“, et ehk on meil 20. sajandi lõpuks olemas põhimõtteline idee teadvuse suure probleemi lahendamiseks. Tänaseks on Crick siit ilmast lahkunud, kuid teadvuse probleem püsib. On tehtud palju katseid ja loodud mitmeid erinevaid teooriaid. Vähemalt siinkirjutajale näib, et üha enam teadvuseuurijaid on tänaseks päevaks mõistnud, et me oleme oma seniste uuringutega natukene tupikusse jõudnud. Järgmised aastad saavad ilmselt olema põnevad, sest see tupik ärgitab teadlasi otsima uusi võimalusi. Mõni teadvuseteadlane üritab ehk veel sama teed mööda edasi rühkida, mõni seisab käed taskus ja vilistab, mõni pöörab tagasi, mõni üritab leida uut rada ja mõni tuleb „labidaga“, et end takistuse alt läbi kaevata. Eks näeme, kes kuhu välja jõuab.

Allikad:

Aru, J., Bachmann, T., Singer, W., & Melloni, L. (2012). Distilling the neural correlates of consciousness. Neuroscience & Biobehavioral Reviews, 36, 737-746.
Barrett, A.B. & Seth, A.K. (2011). Practical measures of integrated information for time series data. PloS Computational Biology, 7, e1001052.
De Graaf, T.A., Hsieh, P. J., & Sack, A. T. (2012). The ‘correlates’ in neural correlates of consciousness. Neuroscience & Biobehavioral Reviews, 36, 191-197.
Nathan, A., & Barbosa, V.C. (2011). Network algorithmics and the emergence of information integration in cortical models. Physical Review E, 84, 011904.
Tononi, G. (2004). An information integration theory of consciousness. BMC Neuroscience, 5, 42.

Teadvust õngitsemas: mõtted ja eksperimendid

2007. aasta augustis oli asi lõpuks niikaugel – prof. Bachmanni juhendamisel astusin sammu teadvuse üle juurdlemiselt teadvuse eksperimentaalse uurimiseni. See oli tähtis edasiminek, sest teadvuse kohta võib mõelda ja väita kõiksugu asju, aga ainult katsetades saame uurida, milline mõte on õigem ja millised mõtted üldse on mõttekad. Eksperimentide tegelik sooritamine aitab paremini mõista ka kogu vastavat erialakirjandust, sest ilmneb, et katseparadigmad ja anlüüsimeetodid, mis teiste artikleid lugedes tunduvad olevat nii ilmselged, on tegelikult mitmete konksude ja haakidega. Ja muidugi annavad enda katsed ja katseandmed taas vilja mõtlemiseks. Näiteks sooritasime oma katsed kontrastiivmeetodiga, võrreldes omavahel katsekordi, mis olid objektiivselt täpselt samasugused, kuid erinesid omavahel selle poolest, mida katseisik teadvustas – ehkki pildijada oli sama, teadvustas katseisik vahel eesmärkobjekti ja vahel mitte. Tundus väga intuitiivsena, et kui me võrdleme selliste katsekordade puhul tekitatud ajuaktiivsust, siis uurime me just teadvuse neuronaalseid korrelaate (TNK) – kõik muu on sama, muutub ainult teadvuselamus, seega on katsekordade vahe meid huvitav TNK. Või kas ikka on? Peagi hakkasime ise ka selles loogikas kahtlema, mõtlesime mõnda aega ja tänaseks oleme avaldanud ka pisikese kriitilise artikli, mille põhiidee on, et taolise võrdluse tulemus ei ole sugugi mitte ainult TNK, vaid ka protsessid, mis talle eelnevad ja järgnevad. See on üks suur jama, sest need muud protsessid meid niiväga ei huvita, kuid avaldatud kirjandust selle probleemi valgusel lugedes selgub, et ega me täpselt ei teagi, millised varasemad tulemused meile midagi TNK kohta ütlevad ja millised mitte. Tegelikult me ei tea, kas üldse mõni tulemus midagi TNK kohta kostab. Õudne lugu. Näib, et tuleb taas katsetama hakata. Kuidas siis vabaneda kirjeldatud probleemi kammitsatest? Millised eksperimendid aitavad meid edasi? Oma artiklis pakkusime välja paar moodust, kuidas selle probleemiga paremini maadelda, aga järgnevalt kirjeldan ühte üldist lähenemisviisi, mis peaks meid sammukese edasi aitama.

On üsna selge, et niisama „teadvustatud“ ja „mitteteadvustatud“ katsekordi võrreldes me enam edasi minna ei saa. See võrdlus jääb ka edaspidi TNK suhtes mittespetsiifiliseks. Minu arvates oleks mõttekas üritada ära kasutada seda hajuvust, mis valitseb meie teadvuselamuses – vahel on eesmärkobjekt teadvuses selgem, vahel ebaselgem, vahel midagi vahepealset. Otse loomulikult on seda teadvuselamuse selgust pisut raske mõõta, aga me saame anda endast parima, juhendades ja treenides katseisikuid kõiksugu õhkõrnasid erinevusi eristama ja andes katseisikutele mingi skaala, millel on rohkem võimalusi kui pelgalt „teadvustasin“ või „ei teadvustanud“. Et olla iseenda vastu aus, tuleb mainida, et meie varajastes katsetes oli 4-5 vastusevarianti teadvuselamuse selguse kohta, kuid lõpuks me jaotasime vastused siiski kahte leeri; nii on tehtud ka paljude kolleegide katsetes. Peamine põhjus on selles, et osasid selgusevariante (nt „pigem ebaselge“) tuleb teistest palju vähem ja siis, katsekordi analüüsiks keskmistades, jääb see väheste katsekordadega keskmine väga müraseks. Põhimõtteline lahendus sellele probleemile seisneb selles, et liikuda edasi katsekordade keskmistamise pealt üksikkatsekordade analüüsini – kui teadvuselamus muutub ühelt katsekorralt teisele, siis peab ju ka ajuandmetes midagi muutuma. Kui meil on piisavalt palju katsekordi ja piisavalt kavalust andmeanalüüsi jaoks, siis peaks meil olema võimalik nendest andmetest välja noppida need muutujad, mis üksikkatsekordade kaupa muutuvad käsikäes teadvuselamusega – kui katseisik raporteerib erinevatel katsekordadel üsna täpselt oma teadvuselamust, siis tuleb otsida neid neuronaalseid mõõte, mis käituvad sarnaselt selle raporteeritud teadvuselamusega. Näiteks kui meil on skaala, kus mõõdetakse teadvuselamuse selgust protsentides ja katseisik raporteerib erinevatel katsekordadel 87%, 62%, 21%, 45%, siis millised ajuaktiivsuse mõõdud on nendel katsekordadel samasuguste proportsioonidega? Seda lähenemisviisi ei tasu pidada liiga lihtsaks – katseisik peab oskama oma teadvuselamust täpselt vaadelda ja raporteerida; talle peab pakkuma mõõdu, mis seda võimaldab; meil peab olema piisavalt katsekordi, et seda hajuvust rakendada ja meil peab olema piisavalt nutti, et meie analüüsimudelid suudaksid vastavad ajuaktiivsuse mustrid leida. Lisaks kerkib esile ka see probleem, et vastusevariandiga üheskoos varieerub mitte ainult teadvuselamus, vaid ka mingi metakognitiivne protsess, mis teadvuselamust hindab (et siis seda teadvustamise mõõtu täpselt raporteerida), kuid arvatavasti on sellised metakognitiivsed protsessid ajas hilisemad (nt 400-700 ms) ja loodetavasti ilmneb mõni ajuprotsess, mis teadvuselamusega sarnaselt muutub juba piisavalt vara (nt 200 ms ringis), et teda vahetult teadvuselamusega seostada. Igal juhul kõlab see kõik nagu üsna pikk ja tülikas katse, aga tema tulemused peaksid meile teadvuselamuse ajukorrelaatide kohta ütlema rohkem kui viimased 10 aastat teadvusuuringuid seda suutnud on. Seega mul on hea meel, et mõned taibukad neiud prof. Bachmanni laboris juba asjaga tegelevad. Kui see eksperiment on tehtud, siis mõtleme edasi.

Vastu võetud: teadvuse neuronaalsete korrelaatide destilleerimine

Noored teadlased avastavad ikka vahel pettumusega, et keegi on veiniklaasi taga tärganud kavala eksperimentaalse idee juba paari aasta eest veelgi paremini rakendanud. Päris õudne on aga lugu siis, kui see noor või miks mitte ka vana teadlane alles pärast vastava töö tegemist ja artikli kirjutamist avastab, et just on see idee kellegi teise poolt avaldatud. Sellise situatsiooni ees sai meil seistud suvel.

Minu juhendajad ja mentorid Lucia Melloni ja Talis Bachmann olid iseseisvalt aastatel 2009 ja 2010 avaldanud lühikesi mõtteid selle kohta, et äkki see meetod, mille abil teadvust tavaliselt uuritakse, ei ole päris nii hea kui seda arvatakse. Nendele ideedele rajatud põhitees seisneb selles, et võrreldes omavahel katsekordi, kus katseisik mingit eesmärkobjekti teadvustab, nende katsekordadega, kus ta seda eesmärkobjekti ei teadvusta, ei anna meile (võrdluse) tulemusena mitte ainult teadvuse neuronaalseid korrelaate, vaid ka protsesse, mis eelnevad või järgnevad teadvuselamusele. Või sõnastades teisiti: võrreldes omavahel sääraseid katsekordi ja leides ajuaktiivsuse X, ei ole me halval juhul midagi teadvuse kohta teada saanud, sest X võib ka teadvuselamusele eelneda või järgneda. Minu soov oli neid olulisi ideid pikemalt ja põhjalikumalt sõnastada, et nad kindlasti nähtavale saaksid ja teised teadlased oma katseid vastavalt paremini kujundada teaksid. Nende probleemide valguses tuleb leida uusi ja paremaid katseparadigmasid, mille abil teadvuse neuronaalseid korrelaate destilleerida.

Kahjuks läks kokkuvõttes ikka päris tükk aega, enne kui see suures osas teoreetiline projekt kenasti paberile sai. Ja mis veel hullem – kui nad kenasti valmis olid, ei olnud paar esimest suurt ajakirja sugugi niiväga meie ideedest huvitatud. Eks see ole normaalne, et me ise oma ideid tähtsamaks peame kui teised. Niisiis oli ju isegi mõneti suisa julgustav, kui me avastasime, et samasugune töö on just vastu võetud … ainult autorite nimed pole meie omad. Seda avastada oli osati jube, aga tore oli see, et kui ka teised samasuguste ideede peale tulevad, peab seal taga ju olema rohkemat kui vaid meie enda unelmad (aitäh Juhanile selle seiga pideva meeldetuletamise eest!)

Kahjuks on nii, et teadust mõõdetakse mitte nende ideede järgi, mis me peas või paberil kunagi olnud on, vaid nende ideede järgi, mida on peetud piisavalt originaalseks, et neid vastavalt kõrgetes ajakirjades avaldada. Seega on pärast nii mõndagi tumedamat hetke, saatanlikke vingerpusse toimetamissüsteemi poolt, uusi ja vihaseid arvustusi, väga põhjalikku revisiooni, ehmatavaid uudiseid, ükskõiksushetki ja lihtsalt kogu eluks meelde jäävaid elamusi hea meel tunda ja teada, et artikkel on siiski lõpuks oma tee leidnud sinna, kuhu ta vast sobib: ajakirja Neuroscience and Biobehavioral Reviews. Ilmselt on lubatud väike tähistamine.

Pimenägemise abil teadvuse mehhanismide jälgedel

Teadvuse probleemi ründavad hetkel mitmed noored ja väga taibukad inimesed. Hakwan Lau on kindlasti üks neist, kes on hoolimata oma noorusest viimased 6-7 aastat väga olulisi panuseid teadvuseteadusesse teinud. Üks tema lemmikideid on see, et paljudes töödes on teadvuse neuronaalsete korrelaatide otsingud ekslikud, sest parema teadvustamisega on seotud ka parem objektiivne ülesande lahendamise tase. Teisisõnu, kui võrrelda ajuprotsesse tingimustes “teadvustas” ja “ei teadvustanud”, siis kuidas on võimalik teaduslikult kindel olla, et mõõdetavad neurobioloogilised protsessid on tõepoolest seotud teadvustamisega ja mitte sellega, et teadvustamise puhul olid katseisikud lihtsalt infotöötluslikult paremad? Hakwan Lau on teinud mitmeid huvitavaid eksperimente, näitamaks et prefrontaalse korteksi aktiivsus on vahetult seotud just teadvustamise ja mitte teadvustamisega seotud parema infotöötlusega, ning hiljutine ajakirjas Neuoroimage ilmunud töö täiendab eelmiseid katseid huvitavalt: pimenägemise fenomeniga patsiendile näidati stiimuleid tema pimedas nägemisväljas ja selles nägemisväljas, kust tulevat informatsiooni ta teadvustas. Ilus efekt pimenägemise korral on see, et patsiendid suudavad isegi ilma teadvusliku tajuta objekte hästi klassifitseerida – nii on võimalik võrdsustada objektiivne käitumuslik väljund (õigete vastuste osakaal), samas kui ühel juhul jõuavad stiimulid teadvusesse ja teisel mitte. Võrreldes teadvuse ajukorrelaate selles olukorras võib olla kindel, et need pole põhjustatud erinevustest ülesande lahendamise tasemes. Ja kui sellisel juhul teadvustamist ja mitteteadvustamist võrrelda, ilmneb taas ilus globaalne aktiivsus frontaalsetel ja parietaalsetel ajukoore aladel. Teadvuse neurobioloogilised alused on käes?

Mind üllatab ja enamasti ka masendab see, kui vähe me viimastel aastatel tegelikult teadvuse probleemi lahendamisele lähemale saanud oleme. Ikka ja jälle tuleb esile see fronto-parietaalne ajukoore võrgustik ja ka hiljutises ülevaateartiklis kirjutati sellest kui aju teadvusemasinast. Kuid mida see fakt, et teadvustamine on seotud frontoparietaalse võrgustiku aktiivsusega, meile tegelikult ütleb? Kas me mõistame seda, mis on teadvus? Kas me oleme lähemal vastusele, miks sääsehammustus valu tekitab? Üks sundmõte, mis meie peas on juba pea 2 viimast aastat tiirelnud, seisneb selles, et kogu see frontoparietaalse võrgustiku aktivatsioon võib olla teadvustamise tagajärg, mitte teadvuse vahetu neurobioloogiline korrelaat. Ja see iseenesest lihtne probleem rakendub ka antud töö puhul: teadvustatavas nägemisvälja pooles tajutud objektid muidugi teadvustusid, kuid lisaks sellele tekitasid nad ajus pärast teadvustamist ka terve hunniku teadvustamisest sõltuvaid järelprotsesse – kust me teame, et saadud fMRI tulemused just neid lisanduvaid järelprotsesse ei väljenda? See on võimalus, mida tänapäeva teadvuseteaduses peaaegu et polegi kaalutud ja mis seab kahtluse alla suure osa eelnevatest töödest teadvuse neuronaalsete korrelaatide kohta – mis juhtub meie “teadmistega” teadvuse kohta siis, kui selgub, et suur osa EEG ja fMRI töid väljendab protsesse, mis eelnevad või järgnevad teadvustamisele, mitte teadvustamise vahetuid neurobioloogilisi aluseid?

Allikas:
Persaud jt (trükis) Awareness-related activity in prefrontal and parietal cortices in blindsight reflects more than superior visual performance. Neuroimage.

Tekitame pisikese teadvuselamuse!

Kuidas leida vastust küsimusele, millised ajuprotsessid on seotud teadvusega? Üks väga huvitav viis selle küsimuse uurimiseks on aju kunstlikult stimuleerida, nii et vahel tekib teadvuselamus (fosfeen), vahel mitte ja neid tingimusi omavahel võrreldes leidagi, millised ajuprotsessid on seotud fosfeeni teadvustamisega.

Fosfeenid on sähvatavad valguslaigukesed ja neid saame tekitada mehhaaniliselt – vajutades suletud silmadele või siis koputades kõvasti kuklast pisut ülespoole kolbale (seda palun mitte kodus proovida!). Kuid miks kasutada kurikat kui võib kasutada tehnoloogilisi vidinaid. Antud juhul on tehnoloogiaks TMS – transkraniaalne magnetstimulatsioon -, mille abil katseisiku kuklasagarat stimuleerides ongi võimalik esile kutsuda fosfeene – pisikesi sähvatusi teadvuses.

Kui TMSi intensiivus on piisavalt madal, siis fosfeene ei teki, kui piisavalt suur, siis tekib fosfeen pea igal stimulatsioonil. Järelikult on nende väärtuste vahel võimalik leida selline stimulatsiooniintensiivsus, mis pooltel kordadel viib fosfeenini, pooltel mitte. See on väga tore, sest nüüd võimegi küsida, milliste ajuprotsessside poolest erinevad need korrad, kus fosfeeni teadvustati, nendest, kus teda ei teadvustatud – mis on fosfeeni teadvuselamuse neuronaalsed korrelaadid?

Muidugi selle küsimuse vastamiseks ainult TMSist ei piisa – on tarvis ajuaktiivsust stimuleerimise ajal ka mõõta. Õnneks tänapäeva tehnoloogia võimaldab omavahel kombineerida TMSi ja EEG – ühega stimuleerime, teisega mõõdame. (Muuseas, selline tehnoloogia on olemas ka Eestis ja sel aastal avaldasid Murd jt ka esimesed eestimaised TMSi ja EEG kombineerimisel saadud tulemused.)

Mida siis senised tulemused meile näidanud on? Vinzento Romei jt töös leiti, et see, kas TMS tekitab teadvuselamuse fosfeenist või ei, on sõltuv ajuaktiivsusest enne TMSi andmist. Ehk polegi seda nii keeruline ette kujutada, et kui sama stimulatsioon vahel tekitab teadvuselamuse, vahel mitte, siis on määravaks see, millises erutustasemes on parajasti aju. Oluline selle juures on unustada väärarusaamad sellest, nagu aju oleks ilma stimulatsioonita „vait“ – nagu seal ei toimuks midagi. Tegelikult toimuvad ajus muidugi kogu aeg mitmesugused protsessid ja seetõttu võibki ette kujutada, et kui TMS tabab spontaanseid ajuprotsesse „õigel hetkel“, siis tekib fosfeen ja kui „valel hetkel“, siis seda ei teki. Näiteks on nüüdseks päris hästi teada, et aju hetkelist erutatavust märgib alfasagedusliku (8-12 Hz) võnkumise tugevus – mida tugevam alfavõnkumine, seda rohkem on vastavate ajupiirkondade töö pidurdatud. Romei jt just seda näitasidki, et kui see võnkumine on tugevam, siis fosfeeni ei teki, ja kui on nõrgem, siis tekib. Mida me nüüd teame teadvuse kohta? Me teame, et see, kas vastav teadvuselamus tekib või ei, võib sõltuda spontaansetest ajuprotsessidest, mis toimuvad enne stimuleerimist. See on huvitav, aga ei aita meil mõista, kuidas ajuprotsessid tekitavad vastavat teadvuselamust. Kahjuks ei uurinud nad fosfeeni kui teadvuselamuse enda neurokorrelaate.

Vastava lünga täitsid hiljuti ilmunud uuringus Taylor jt. Nemad uurisidki just seda, millised ajuprotsessid pärast TMSi andmist on seotud fosfeeni teadvustamisega. Sellest uuringust saame teada, et potentsiaalikõverad tingimustes „teadvustasin fosfeeni“ ja „ei teadvustanud fosfeeni“ olid omavahel sarnased kuni umbes ajahetkeni 160 ms, mil nad hakkasid teineteisest statistiliselt erinema – fosfeeniga seotud potentsiaalikõver oli positiivsem kui mitteteadvustamise tingimuses. Sellist erinevust oli võimalik mõõta mitmetelt tagumistelt elektroodidelt, mis viis autorid järeldusele, et fosfeeni teadvustamine on seotud laialdaste ajuprotsessidega kukla- ja kiirusagaras. Kas see, et teadvuselamus fosfeenist on seotud tagumistelt elektroodidelt mõõdetud suhtelise positiivsusega, mis algab 160 millisekundit pärast stimulatsiooni, ütleb meile midagi olulist selle kohta, kuidas teadvuselamused ajus tekivad?

Arvatavasti mitte midagi väga üllatavat, kuid kindlasti on huvitav see, et potentsiaalikõverad hakkasid üksteisest erinema juba 160 ms juures. Nagu oleme kirjutanud, väidab üks juhtivaid teadvuseteooriaid, et millegi teadvustamiseks kulub ligi 300 ms. Siin kirjeldatud teadustulemused ja paljud-paljud muud tulemused seda järeldust ja seega seda teooriat ei toeta – teadvuselamus võib ilmneda kiiremini, umbes 200 ms pärast stimulatsiooni. Teiseks on esmapilgul huvitav see, et selline pisike teadvuselamus – valgussähvatus – oli seotud aktiivsusega laialdastes ajupiirkondades. Kahjuks muudab selle järelduse probleemseks EEG väga nigel ruumiline lahutusvõime – ehk oli tegu lihtsalt ühe piirkonnaga, mis aktiveerus väga tugevasti?? Teine probleem on muidugi see, et me ei tea, kas laialdane aktiivsus oli teadvuselamuse otsene korrelaat või pigem selle teadvuselamuse tagajärg. Kuidas seda otsustada?

Seega fosfeen on pisike kunstlik teadvuselamus, mille uurimine võib meid aidata teadvuse mõistmisel. Nagu ehk nägime, ei lahenda need kaks tööd veel teadvuse suurt probleemi, kuid teadvuseteaduse eesmärk ongi koguda palju selliseid detailikesi, mille abil siis lõpuks mosaiik kokku panna.

Uurime teadvustamist … aga kuidas?

Katsedes natuke koduses laboris paari pildiga ja varieerides esitlusaegu piltide vahel, võib kergesti leida tingimusi, kus ühte või teist pilti küll esitatakse arvutiekraanil, kuid see teadvusesse ei jõua. Mis juhtub? Miks vahel mõni objekt ei jõua teadvusesse? Või küsides teisipidi: mis on erilist või teistmoodi teadvustamise korral? Millised ajuprotsessid on tarvilikud, et mingit objekti teadvustada?

Iseenesest tundub ju sellele küsimusele vastamine lihtne: tuleb teha natuke katseid nende samade pildikestega ja mõõta samal ajal ajuaktiivsusi. Vaatluse alla võiks võtta need katsekorrad, kus objekti ei teadvustata ja võrrelda nende ajusignatuure nende katsekordade omadega, kus objektid teadvusesse jõudsid. Mille poolest nad erinevad? Millised ajuprotsessid eristavad nendes tingimustes teadvustamise ja mitteteadvustamise vahel?

Alguses tundub, et igasugune erinevus nende katsetingimuste (teadvustas vs. ei teadvustanud vahel) peegeldabki ajuprotsesse, mis on tarvilikud teadvustamise jaoks. See ei pruugi aga nii olla. Näiteks osades töödes kasutatakse nende kahe erineva tingimuse (teadvustas vs. mitte) loomiseks objektiivseid erinevuseid katseparadigmas – näiteks järgneb mitteteadvustamise tingimustes eesmärkobjektidele tugev maskeeriv stiimul, mida teadvustamise tingimustes pole või mis on nõrgem (Melloni jt., 2007; Gaillard jt., 2009). Nüüd erinevad need tingimused küll tõepoolest selles suhtes, et ühes teadvustatakse ja teises mitte, kuid mitte ainult selles suhtes – tingimused on ju erinevad ka objektiivselt. Kui ühes tingimuses on tugevam maskeeriv stiimul ja teises nõrgem, siis see on ju selge erinevus, mis võib muuta ka ajumustreid. (Üldjuhul seda ka teatakse ja võetakse ka arvesse – üritatakse hiljem lahutada erineva maskeeriva stiimuli poolt tekitatav erinev ajuaktiivsus, kuid muidugi teeb selline „lahutusprotsess“ üsna mitu üsna tobedat eeldust selle kohta, kuidas aju töötab ja teadvustatud kogemus tekib.)

Olgu, seega pole ehk mitte kõige parem mõte kasutada objektiivselt erinevaid katsetingimusi. Kas on muid võimalusi? Teadvuseteaduse taga seisab terve eksperimentaalpsühholoogia teadmine selle kohta, millised katselised fenomenid võimaldavad muutuvat teadvuse sisu sarnaste välistingimuste korral. Üks selline tore fenomen on näiteks liikumise abil indutseeritud pimedus, millega saab lähemalt tutvuda siit. Aga ka niisama õhkõrna punktikest ekraanil välgatades võib juhtuda, et seda vahel teadvustatakse, vahel mitte. Kuna väliselt on kõik kogu aeg samasugune, siis paistabki, et sarnased tingimused võimaldavad uurida teadvustamist ilma segavate muutusteta välistingimustes. Objektiivselt on kõik sama, aga teadvus muutub. Seda strateegiat oleme ka ise järginud (Aru & Bachmann, 2009a, 2009b), kuid oma töid üle lugedes, järele mõeldes ja kirjandusega võrreldes selgub, et loogiline probleem selle lähenemisega on järgnev. Kui objektiivselt samades tingimustes esitatud stiimul vahel jõuab teadvusesse, vahel mitte, siis võib teadvustamise või mitteteadvustamise otsustada mingi juhuslik „fluktuatsioon“, mis toimub „kuskil“. Analoogia oleks selline: kui köögi uks on piisavalt raske, et väike väga räpaste käppadega kutsu seda ise lahti lükata ei saa, siis otsustab mingi ukse lahtiolekut muutev protsess (väikevend, tugev tuul) selle, kas kutsu pääseb kööki sigatsema või ei. Eesmärkobjekt oleks väike kutsu, köögi räpasekstegemine oleks teadvustamine ja see uks ning selle seisund oleks niiöelda juhuslik fluktuatsioon. Seega, võrreldes teadvustamise ja mitteteadvustamise tingimusi konstantse (invariantse) välisstimulatsiooni korral, ei mõõda me mitte ainult teadvuse korrelaate, vaid ka seda protsessi, mis teadvustamist võimaldab. See võib olla näiteks muutus tähelepanuseisundis või hetkeline erinevus sensoorse korteksi erutatavuses. Seda seisukohta kinnitavad tööd, kus leitakse „teadvuse korrelaate“ enne objekti esitamist (selliste teadustööde kohta saab rohkem lugeda siit ja siit).

Kuidas siis uurida teadvustamisprotsessi? Üks väga huvitav mõte on kombineerida kaht eelpoolmainitud strateegiat ja lisada veel törts originaalsust – kujundada katsetingimused, kus teadvus ei varieeru mitte ainult 1:0 (teadvus vs. mitteteadvus) tingimustes, vaid kuidagi sujuvamalt, luues nõnda mingi “muutusekurvi”. Võib ette kujutada, et kui muuta stimulatsiooni osavalt, siis on võimalik luua tingimused, kus vahel teadvustatakse rohkem, vahel vähem. Kui nüüd sellised tingimused ritta panna, võib luua midagi taolist nagu „vähe teadvustamist“, „natuke rohkem teadvustamist“, „veelgi rohkem teadvustamist“, „üsna palju teadvustamist“ (jne). Nüüd neid tingimusi omavahel võrreldes võiksime ajust leida mingi signatuuri, mis muutub vastavalt tingimustele – kui on vähem teadvustamist, on see signatuur nõrgem, kui on keskmiselt teadvustamist, on teda keskmiselt ja kui on palju teadvustamist, on teda üsna palju. Ühesõnaga võiks leiduda mingi ajuprotsess, mis muutub sarnaselt teadvustamisprotsessile. Muidugi oleksime nüüd tagasi esimese probleemi juures – kui muutuvad objektiivsed tingimused, millega koos muutub ka teadvus, siis me ei tea, kas vastav ajuprotsess on seoses teadvustamise või muutuvate objektiivsete tingimustega. Trikk olekski vahepeal rakendada ka teist strateegiat: üritada nendest mitmest tingimusest ühe (või mitme) siseselt võrrelda teadvustamist ja mitteteadvustamist. Kui see sama ajuprotsess (või osa sellest) ilmneks ka selles võrdluses (invariantsed stimulatsioonitingimused, vahelduv teadvussisu), siis oleks põhjust arvata, et see ajuprotsess pole seotud mitte ainult objektiivselt muutuvate katsetingimustega, vaid tõepoolest ka teadvustamisega. Selline kaval töö sai tehtud paari aasta eest Stanislas Dehaene ja tema kolleegide poolt ning see töö on vabalt kättesaadav siin – http://www.plosbiology.org/article/info:doi/10.1371/journal.pbio.0050260.

Head lugemist, head kavaldamist, head mõtlemist!

Kõik, mis on Neuronis, pole kuld

Umbes nädala eest sai lühidalt viidatud tol hetkel ajakirjas Neuron ilmunud artiklile, kus uuriti teadvuse neuronaalseid korrelaate inimajus. See töö tundus minu jaoks lühitutvustust lugedes tohutult põnev ja ülimalt oluline, kuna teadvuse korrelaate uuriti võimalikest peaaegu parima meetodiga: andmeid saadi elektroodidelt, mis olid paigutatud otse inimajju ja mitte pelgalt selle pinnale. Lisaks tundus lühitutvustusest, et tehti piinlikult põhjalik analüüs ja uuriti 445 elektroodi andmeid 11lt patsiendilt, mida oleks tõepoolest omajagu. Pealkiri “neural ignition” ja tutvustusest leitav viitas ka sellele, et uuritakse ülitäpselt seda, mis juhtub teadvustamise hetkel ning leitakse midagi kardinaalselt uut. Kahjuks tööd järgmistel päevadel lugedes pidin pettuma ja (see on vaid minu isiklik arvamus) küsima, kuidas ja miks see artikkel nii kõrgesse ajakirja pääses.

Paradigma iseenesest pole paha: katseisikutele näidatakse lühidalt pildikesi nägudest, objektidest ja majadest. Veelgi parem: pildikesele järgnes mask, kusjuures samm-sammu haaval muudeti pildikese ja maski vahelist ajavahemikku, nii et pildike muutus järjest nähtavamaks. Katseisik pidi vastama “objekt”, “maja” või “nägu” või “ei tundnud ära”. Analüüsitakse gammasageduslikku aktiivsust – kena!

Aga nüüd selguvad imelikud asjad. Esiteks kahaneb lühitutvustuses lubatud elektroodide arv analüüsi hetkeks hirmutavalt: esmalt valiti ainult need elektroodid, mis olid aktiveeritud ülesandes esitatud stiimulite poolt (90 tükki …). Seejärel võeti nende hulgast ainult need elektroodid, mis aktiveerusid esimese 250 ms jooksul (48 tükki). Ja nüüd valitakse nendest 48st need 20, mis ei aktiveerunud maskeeriva stiimuli peale. Neid sai nüüd 20, millest ühe kohta polnud ühest kriitilisest tingimusest andmeid, niisiis jäi analüüsiks … 19 elektroodi algse 445 asemel. Ja muidugi polnud need enam sugugi mitte 11 patsiendi ajus – need 19 elektroodi tulid 7 patsiendi ajudest, kusjuures kahe patsiendi ajust leiti vaid 1 “tingimustele vastav” elektrood. On täiesti arusaamatu, miks lühitutvustusse saavad märgitud arvud, mis mitte kunagi tulemustesse ei jõua – see on inetu, kuna vaid lühikokkuvõtet ja diskussiooni lugedes võibki jääda mulje, et tegu on tohutult põhjaliku tööga, mida antud töö kindlasti ei ole.

Teiseks on andmeanalüüs täielik haltuura. Oleme kirunud Gaillardi, Dehaene jt tehtud töö tulemusi – näe, jälle leiavad teadvuse korrelaadid 300 ms pärast stiimuli esitamist – kuid tolles töös tehti ülimalt põhjalik andmeanalüüs (iERP, ERSP, faasisünkroonsus, Grangeri kausaalsuse analüüs). Siin on analüüs täiesti kolmanda klassi oma – kerge iERP, kerge gammasageduste uurimine ja kõik. Tänapäeval saaks teha palju täpsemaid analüüse ja neid üritatakse teha isegi väikestes teaduslaborites. Miks viimaste autoritena märgitud grupijuhtide Malachi ja Friedi laborites neid teha ei või või ei saa või ei taheta? Arvestades, et töös uuriti 19. elektroodi ja et tööl oli 11 autorit, pidi tegu olema kas päris tühmapeadega või siis tehti kogu töö kahel päeval kuskil rannas. Lisaks ei kasutata pea üldse ära oma enda paradigma eeliseid – kui pildi ja maskeeriva objekti vahelist ajavahemikku manipuleeriti hoolega mitmes sammus, siis manipuleeriti muidugi ka teadvustatud taju mitmes sammus. See oleks võimaldanud võrrelda käitumuslikke andmeid neuromeetriliste kurvidega igal vastaval ajavahemikul ning otsida, milline protsess ajus muutub ajavahemikku muutes sarnaselt teadvuses kogetule. Neid andmeid oleks saanud hoopis põnevamalt uurida! Kahju, et selline töö jõuab nii kõrgele ajakirja – järgmine kord, kui sinna saadetakse korralikult analüüsitud ja põhjalikult läbitöötatud uurimus, lükatakse see toimetajate poolt tagasi, kuna “just oli ju meil üks teadvuse töö”.

Siiski võib leida antud artiklist ka kaks huvitavat seika: 1. enamasti on leitavad “teadvuse korrelaadid” ajas ülilühidad – kestavad näiteks 50 ms. See pole kooskõlas meie fenomenaalse teadvusega, kus tundub, et teadvustatud kujutis viibib tunduvalt kauem. Seetõttu on kena, et antud töös avastatud “teadvuse korrelaadid” kestavad mitusada millisekundit. 2. on väidetud, et teadvusega seotud ajuprotsessid algavad alles 300 ms pärast stiimuli esitamist, kuid antud töös leitakse teadvustamisega seotud erinevused juba 150-200 ms pärast pildi näitamist. Kas kaalub kogu halva üles?

Minus tekitas see töö ka väga üldiseid küsimusi. Mida me õppisime sellest tööst teadvuse kohta? Mida me oleme sel aastal teadvuse kohta uut ja olulist teada saanud? Mida me üldse teadvuse kohta teame, mis on oluline ja aitab meil teadvuse mõistatust lahendada? 1995. aastal kirjutas Stuart Sutherland: “Nothing worth reading has been written about [consciousness].” Kas tänaseks oleme paremas seisus?

Allikas: Fisch et al., 2009, Neuron: Neural “Ignition”: Enhanced activation linked to perceptual awareness in human ventral stream visual cortex.

Teadvus: Korrata, palun!

Teadvuseteadus on üsna noor teadus – veel pisut rohkem kui 20 aastat tagasi oli väga raske midagi teadvuse kohta avaldada. Ingliskeelt kõnelevates teadusringkondades välditi „C-sõna“ (consciousness). Seetõttu on tänapäeval väga tore näha, et teadvuseteaduse tööd jõuavad maailma teaduse tippajakirjadesse. Peagi ilmub ajakirjas Science Aaron Schurgeri ja kolleegide töö, kus uuritakse nö mõtetelugemistehnoloogiaga teadvustatud ja mitteteadvustatud kujutiste erinevust ajus. Seda tööd oleme juba lühidalt kommenteerinud varem, kuna Aaron esitas oma postri Berliinis toimunud teadvuseteaduse konverentsil. Juba konverentsil vesteldes reetis ta mulle, et tulemus saadetakse Science’isse, kuid polnud ise muidugi väga kindel, kas see sinna ka vastu võetakse. Teadlase õrnast unistusest on tänaseks aga saanud tõelisus.

Teadlaste lähtepunkt oli järgnev: me teame, et informatsioon välismaailma kohta on ajus esindatud kuidagi ajuaktiivsuse mustrites. Me teame ka seda, et suur osa ajus esindatud informatsioonist ei jõua teadvusesse. Lisaks on teada ka see, et isegi väga sarnane informatsioon ühe ja sama objekti kohta vahel jõuab teadvusesse, vahel mitte. Niisiis – mis on ajus teistmoodi, kui objekt A teadvustub võrreldes sellega, kui objekt A ei teadvustu? See on küsimus teadvuse neuronaalsete korrelaatide (TNK) kohta – millised on need protsessid ajus, mis on seotud objektide teadvustamisega?

Uus tulemus selle töö juures on, et objekti teadvustamine on seotud objekti ajurepresentatsiooni parema korratavusega. See tähendab, et kui objekt teadvustub, siis tema representatsioon ajus on küllaltki sarnane teistele kordadele, kus seesama objekt teadvustus. See tähendab muidugi automaatselt, et kui see objekt ei teadvustu, siis on tema representatsioon ajus hajusam ja muutlikum – järgmine kord, kui sama objekt teadvusest välja jääb, on tema representatsioon ajus eelmisest korrast erinev. Seega kui objekt A teadvustub kaks korda, siis on objekti A vastavad kaks kujutist ajus sarnasemad kui need kaks kujutist, mis tekivad juhul, kui objekt A kaks korda ei teadvustu.

Kuidas midagi taolist näidata? Appi tulevadki viimastel aastatel fMRI jaoks välja arendatud ajumustrianalüüsid, mida võib lihtsalt nimetada ka mõtetelugemistehnoloogiaks – algoritmid õpivad seoseid informatsiooni ja ajumustrite vahel ning neid algoritme võib hiljem kasutada, et midagi järeldada ajus oleva informatsiooni kohta pelgalt ajumustrite järgi. Nii näidatigi antud juhul, et nii teadvustatud kui ka teadvustamata katsesituatsioonis võib ajumustritest usaldusväärselt välja lugeda, kas katseisikule näidati nägu või maja. Oluline oli aga tulemus, et teadvustamise puhul olid ajumustrid erinevate katsekordade vahel sarnasemad, mitteteadvustamise korral aga üksteisest erinevamad, ehkki mõlemal juhul kandsid ajumustrid objekti kategooria (nägu või maja) kohta sama palju informatsiooni. Seega on autoritel tõsi taga: teadvustatud kujutised on korratavamad.

Millest võib see korratavus tuleneda? Ehk on see seotud näiteks sellega, et mingi informatsioon teadvustub vaid siis, kui ta on piisavalt usaldusväärne ja stabiilne – kui ta on seotud püsiva aktiivsusega ajus. Püsivus selles kontekstis tähendab ilmselt umbes 100-200 ms kestvat sarnast aktiivsusmustrit (mis võib väljenduda omavahel sünkroonsete neuronite rütmilises võnkumises). Seega võib teha lihtsa (kuid spekulatiivse ja targematele ammu teada olnud) järelduse: mingi objekti teadvustumiseks on tarvis (kuid mitte piisav), et selle objekti kujutis ajukoores oleks stabiilselt ja korratavalt aktiivne vähemalt 100 ms vältel. Eks näis, kas oskame selle informatsiooniga miskit pihta ka hakata.

Allikas: Schurger et al., in press, Science: Reproducibility distinguishes conscious from nonconscious representations.

Miks teadvust on raske uurida?

Teadvuseteaduse põhistrateegiaks on olnud teadvuse neuronaalsete korrelaatide (TNK) otsimine - soovitakse leida minimaalseid ajumehhanisme, mis on piisavad ühe või teise tajuobjekti teadvustamiseks. Näiteks millised on need ajumehhanismid, mis võimaldavad teadvustada tähte A? Taktika vastava TNK leidmiseks on iseenesest lihtne – tuleb teha katse, kus A vahel teadvustub ja vahel ei, samal ajal mõõta ajuaktiivsust ja vaadata, mis vahe on katsekordadel, kus A teadvustub ja kus mitte. Neid tingimusi omavahel võrreldes peakski selguma tähe A TNK.

Niisiis on viimase rohkem kui 10 aasta jooksul tehtud mitmeid ja mitmeid töid, kus seda printsiipi on järgitud – võrreldakse teadvustatud ja teadvustamata katsekordi ja üritatakse midagi teadvuse neuronaalsete korrelaatide kohta teada saada. Viimasel ajal on aga üha selgemaks saanud, et see taktika ei vii niisama lihtsalt ühe või teise objekti teadvustatud mulje korrelaatide leidmiseni.

Miks? Kui võrrelda teadvustatud katsekordi teadvustamata katsekordadega, siis ei ole tulemuseks ainult erinevus objekti teadvustamises. Näiteks leiame nii ka protsessid, mis on tarvilikud objekti teadvusesse toomiseks, kuid mis ise ei pruugi olla seotud objekti teadvuses olemisega. Lihtsamalt – objekti teadvustamine võib sõltuda ka mingitest eeltingimustest ajus, mis teevad teadvustamise võimalikuks, kuid pole ise tarvis objekti teadvuses hoidmisega. (selliseks eeltingimuseks võib näiteks olla sobiv alfavõnkumise faas esmases visuaalses korteksis, nagu sai kirjeldatud siin – http://teadvus.wordpress.com/2009/03/06/nuud-naed-nuud-ei-nae/ ja siin – http://teadvus.wordpress.com/2009/06/24/head-ajad-ja-halvad-ajad/ )

Kuid see pole veel kõige hullem. Iga kord, kui me midagi teadvustame, loob see teadvustamisprotsess ja see, et me midagi teadvustame, aluse mitmesugustele muudele ajuprotsessidele, mis pole tarvilikud objektide teadvuses olemiseks, kuid mis järgnevad teadvustamisele. Näiteks on intuitiivne, et teadvustatud objekte töödeldakse mälus teisiti – erinevalt teadvuseväliselt esitatud objektidest saab katseisik nende kohta öelda, et ta on neid juba näinud. Teadvustatud objektid seostuvad ajus muude protsessidega, neid töödeldakse globaalsemalt. Teadvus viib objektide äratundmiseni viisil, mida teadvuseväline töötlus ei suuda. Need protsessid järgnevad teadvustamisele ja on seega teadvustamisega seotud, kuid ka neid pole tegelikult tarvis, et objektid teadvuses oleksid.

Lühidalt: tihti eeldatakse ja loodetakse, et võrreldes katsekordi, kus objekt A teadvustub või ei teadvustu, saame kätte objekti A teadvusesolemise korrelaadid:
teadvustatud A – teadvustamata A = A teadvusesolemise mehhanism
tegelikult tundub aga, et selle tehte tulemuseks on hoopis rohkem, kui me soovime:
teadvustatud A – teadvustamata A = eelprotsessid A teadvusesse viimiseks + A teadvusesolemise mehhanism + A teadvusessejõudmise tagajärjed

Neid protsesse ja samme on üksteisest pagana keeruline eraldada. Näiteks kõige populaarsem ajukuvamismeetod – fMRI – kannatab ajalise täpsuse puudumise all. Kui ajus toimuvad eelprotsessid või järelprotsessid, mis on teadvusega seotud, siis fMRI neid üksteisest ilma kavalate katsedisainideta (nt lihtsalt teadvustamist mitteteadvustamisega võrreldes) eristada ei suuda. Ajaliselt täpsete meetodite (nt EEG, MEG) puhul tekib aga küsimus – kuhu seada kriteerium selle kohta, et tegu on teadvusele eelneva või teadvusele järgneva protsessi ja mitte teadvuse endaga? Probleem on selles, et me tegelikult ei tea, mis hetkel pärast objekti ekraanil esitamist toimub selle teadvustamine (sellest küsimusest kirjutasime siin – http://teadvus.wordpress.com/2009/02/15/lihtne-ulesanne-aita-teadvuseteadust/). Seetõttu ei saa me ka protsesside ajas kulgemise järgi öelda, kas tegu on objekti parajasti teadvuses olemise ajukorrelaadi või sellele eelneva / järgneva protsessiga. Võiks suisa öelda, et oleme omadega plindris.

Edasine uurimistöö peab näitama, kas ja kuidas nendest muudest, eelnevatest ja järgnevatest, üleliigsetest töötlusetappidest lahti saada, et jõuda lähemale teadvusele. On tarvis kavalaid katseparadigmasid, mille abil neid erinevaid töötlusprotsesse üksteisest eraldada. Samas polegi selge, kas kõik see muu üldse ongi üleliigne ja kas tast üldse on tarvis lahti saada? kas on võimalik eraldada teadvust muudest ajuprotsessidest või tekibki ta kuidagi teiste ajuprotsesside vahel ja koostoimel. Nagu tihti siin blogis, on vastuseks “veel ei tea”.

Millal tekib teadvustatud kujutis?

Teadvuseteaduse musterparadigma on järgnev: esitatakse mingit kindlat tüüpi stiimuleid, mis on lävelähedased, nii et nad (ideaaljuhul) samade objektiivsete esitlustingimuste korral vahel teadvustuvad, vahel ei. Igal katsekorral küsitakse katseisikult, kas stiimul teadvustus või ei ning samaaegselt mõõdetakse katseisiku ajus toimuvat näiteks ajas täpse EEG või MEG abil. Hiljem saab siis ajuaktiivsused jagada kahte lahtrisse: nendeks, mis käisid koos teadvustatud katsekordadega, ja teisteks, millega stiimuli teadvustamist ei kaasne. Nii ongi võimalik uurida teadvuse neuronaalseid korrelaate (TNK) – ajuprotsesse, mis käivad koos nende katsekordadega, kus stiimul teadvustus. EEG või MEG’ga mõõtes leitakse TNKd mingil kindlal ajahetkel, kus teadvustatud protsessid teadvustamata protsessidest eristuvad. Seda katseparadigmat on edukalt rakendatud ja osa teadvuseteaduse teooriaid (näiteks väga tugevalt just Stanislas Dehaene’i oma) põhinevad suurel määral just sellist liiki katsetest tuleval tõendusmaterjalil. Järgnevalt tahan tähelepanu juhtida kahele faktorile, mille mõju sellele, millal täpselt ajas TNK leitakse, uuritud pole.

1. stiimuli keerukus. kas on vahet sellel, kas eesmärkobjektideks on lihtsad kriipsukesed (mida töödeldakse varastes nägemiskeskustes) või keerukad objektid (mida töödeldakse kõrgemates nägemiskeskustes) või kirjutatud sõnad (mida töödeldakse vastavates ajukeskustes)? Seda pole keegi uurinud ja keegi pole avalikult selle peale mõelnud, kuid võib olla, et TNK leitaks ajas seda varem, mida varasemal töötluskeskusel põhineb vastav analüüs ajus. See tähendab, et TNK oleks ajas eespool, kui vastavad katsestiimulid oleksid lihtsamad ja TNK oleks ajas kaugemal, kui tegu oleks keerukamate katseobjektide või näiteks sõnadega.

2. stiimuli ennustatavus. tegu on senini täiesti uurimata küsimusega – kas siis, kui ma tean paremini, milline stiimul on ekraanile tekkimas, suudan ma seda ka kiiremini teadvustada? enamasti uuritakse 2 või 4 stiimulit, mille esinemissagedus on võrdne – igal katsekorral on iga stiimul võrdse tõenäosusega ekraanile tekkimas, niisiis pole mõtet ajul midagi sisendi kohta ennustada (või siis: see ennustus on lihtsalt igal korral võrdne). mis aga juhtuks siis, kui osa stiimuleid ilmub suurema tõenäosusega ja teine osa stiimuleid väiksema tõenäosusega (ja kolmas osa vahepealse tõenäosusega) – kas EEG või MEG’ga mõõdetav TNK liiguks ajas ettepoole, kui katseisik (aju) suudab paremini ennustada, milline stiimul ilmuma peaks? Ma arvan, et just nii see ongi.
Teine aspekt stiimuli ennustatavuse suhtes on ennustatavus ajas – enamasti esitatakse stiimuleid “suvalisel ajal vahemikus 1000-1500 ms pärast fiksatsiooniristi esitamist”, mis teeb katseisiku / aju jaoks raskemaks stiimuli tekkimise aega ennustada ja ennetada – kui aeg oleks fikseeritud, siis võiks TNK olla ajas varem (ja tõepoolest, oma enda katseandmetes just seda efekti näemegi).

Niisiis pakun välja, et TNK on palju spetsiifilisem kui seda tavaliselt arvatakse ja sõltub kasutatavatest stiimulitest – nende keerukusest, nende ennustatavusest ja ilmselt ka nende suurusest ja intensiivsusest, ehk ka nende ruumilisest sagedusest.

(muidugi on kogu pilt veel palju keerukam, sest osad protsessid, mis teadvustamisega korreleeruvad, ei pea olema online-TNKd: nad võivad toimuda näiteks stiimuli esitamise hetkel ja määrata, kas see stiimul saab teadvustatud või ei; näiteks http://teadvus.wordpress.com/2009/06/24/head-ajad-ja-halvad-ajad/ või Aru ja Bachmann, 2009 in Brain Research)