Tudengitele

Kui lõpetasin oma doktorantuuri, siis ütles Max Plancki Aju-uuringute Instituudi direktor Wolf Singer mulle: “Jaan, nüüd pead otsima oma visiooni.” Olen seda otsinud umbes neli aastat. Nüüd ta koidab, viimaks ometi (võimalik, et see on miraaž …). Seega otsin noori inimesi, keda huvitab inimmõistuse parem mõistmine läbi ajuteaduse. Kui Sind huvitavad inimese psüühikat juhtivad põhimõtted, aga oled valmis ka tegema tüütuid väikeseid eksperimente, siis võta ühendust. Haakuvad teemad on väikelapse mõistus; tehisintellekt; kummalised otsused, mida inimesed teevad; kallutusprotsessid inimese tajus ja mõtlemises. Kuidas inimesed (lapsed, tehisintellekti algoritmid) lahendavad uusi ülesandeid? Kuidas nad saavad aru sellest, mis on juhtunud? Kuidas nad selgitavad seda teistele? Miks naljad on naljakad, miks meile meeldivad lood teistest inimestest ja miks on raske nutiseadmeid käest panna? Kuidas lapsed, suured ja tehisintellekti algoritmid õpivad uusi asju? Kuna uurida on palju, siis eelistan inimesi, kes on jõudnud niikaugele, et tahaksid astuda doktorantuuri. Aga ka magistritööd otsivad tudengid võivad kindlasti kirjutada. See üleskutse saab siia üles täna, 27.01.2019, aga ta kehtib ka veel aasta ja kahe pärast.

Raamat: Ajust ja Arust

blogil on endiselt lõpp, aga 2017. aasta märtsis ilmus mul nutikale tavalugejale mõeldud raamat Ajust ja Arust. Raamat võtab kokku mu seiklused teadvuse probleemiga, une mõistatusega, eksib tehisintellekti maale ja pakub praktilisi nõuandeid selle kohta, kuidas aju paremini kasutada. Ahjaa, laste ajust ja selle arengust tuleb ka juttu. Näiteks uurib raamat, miks kolmeaastased vahel sigadusi teevad, kuidas väikesest lapsest saab inimene, miks teler või nutiseade teeb väikse lapse ajule karuteene, kuidas oma aju tõhusamalt kasutada, miks me magame, kuidas paremini magada, miks me kõik vahel rumalaid otsuseid teeme, miks teistel inimestel vahel meist nii erinevad (ja meie perspektiivist rumalad) arvamused on ja üht-teist leiab sealt veel.

Teiste arvamusi mu raamatu kohta vaadake Goodreadsi alt

Ja viide ka raamatupoodi.

 

 

8 aastat teadvuse blogi: nüüd on lõpp

8 aastat, 640 postitust, 2883 kommentaari – aitab ka! Tõmban joone alla siin. See lõpp pole nii hull: 1) Ega seda ajaveebi keegi ei kustuta, kõik materjalid jäävad huvitatutele alles ja ehk ka tulevikus leiab keegi siit mõne mõtte, 2) kui ma just muud väljundit ei leia, siis eks ma vahel ikka midagi siia postitan. Lihtsalt enam ma ei tunne end kohustatuna seda ajaveebi iga nädal materjaliga täitma.

8 aastat on pikk aeg. Miks nüüd lahutus?

1. teadvuse probleem on jäänud pisut igavaks. Seda on blogi lugejad ilmselt juba aastaid tajunud. Minu jaoks oli viimane piisk Renate doktoritöö, mille käigus me tegime nii mõnda huvitavat, aga hoolimata väga heast tiimist (Renate, Prof. Bachmann, mina) ei suutnud me midagi olulist korda saata. Mõnes mõttes võib isegi öelda, et ma natuke kahetsen, et tegin doktoritöö teadvuse teemadel, aga samas pole hullu – kogemused Max Plancki ajuuuringute instituudist, viis artiklit ja Raul Vicente Eestisse toomine jäävad alati positiivseks. Aga jah, teadvuse probleemiga võitluses teen ma (väikese) vahepeatuse.
2. ma nüüd võtan natuke aja maha ja olen tütrega kodus, isapuhkusel. Kõlab aktiivse noore teadlase jaoks nagu kõige rumalam otsus elus, aga mu abikaasa on mõlema lapsega kodus olnud kokku ca 2 aastat – ka tema karjäärile on see raske olnud. Ma ei saa talle kunagi seda aega tagasi anda, aga ma saan arusaamist ja tänu näidata, võttes puhkuse oma muidu üsna sujuvalt liikuvast teadlasekarjäärist. Kodu on alati tähtsam kui teadus. Aga kes mind tunnevad, aimavad juba, et eks ma üritan ikka mingit teadustööd ka teha. Tõsi, väikese koormusega jään tööle ka ja lisaks huvitavad mind hetkel küsimused, mida saab aidata vastata ainult üks 10-kuune.
3. mind on üha enam hakanud huvitama teadusprobleemid, mis ei ole vahetult teadvusega seotud. Näiteks küsimus sellest, mis teeb inimese eriliseks võrreldes teiste loomaliikide ja hetke tehisintellektiga, on üks praeguse aja olulisemaid. Tohutud investeeringud tehisintellekti uurimisse tähendavad, et näeme üha nutikamaid masinaid. Aga see, kui lähedale nad inimese mõistusele jõuavad, on veel ebaselge. Üks põhjus ebaselguseks on see, et me lihtsalt täpselt ei teagi, miks inimesed on niivõrd erinevad teistest loomadest! Mis teeb inimese nii nutikaks? Kas seda on võimalik järgi teha? Need on küsimused, millega tuleb tegeleda praegu. Maailma parimad mõistused üritavad rakendada tehismõistust ja lahti rakendada inimmõistust. Ehkki ma ennast nende parimad mõistuste hulka ei loe, tahan ma osa saada sellest tormijooksust, sest erinevalt teadvuse probleemist on võimalus, et need küsimused lahendatakse lähidekaadidel. See on põnev ja hirmutav korraga.

Suur aitäh kõigile, kes osa sellest 8 aasta pikkusest reisist kaasa tegid! Oli päris vahva seiklus.

Kuidas kasutada oma aju tänapäeva töökeskkonnas?

Andsin sellise lühikese poolteadusliku juhendi PARE Personalijuhtimise Aastakonverentsil

https://vimeo.com/167732283

 

 

Käitumisest ajurakkudeni ja ringiga tagasi

Horisondi kodulehel on nüüd vabalt kättesaadav ka meie ajuteaduse seeria teine lugu. Kopeerin teksti ka siia, aga piltidega on ilusam (vt lk 52)

 

Kui küsida, mis on aju põhiliseks ülesandeks, vastab valdav enamus, et aju tegeleb mõtlemisega. Üllataval kombel on see, mida me igapäevakeeles mõtlemiseks nimetame, pigemini aju põhitöö kõrvalnäht. Aju peamine ülesanne on käitumise orkestreerimine. Võib-olla tundub see väide oma igavuses pisut sensatsiooniline. Kaalume tõendusmaterjali:

Tõendusmaterjal 1: ajud on olemas ka väga lihtsates organismides nagu meriteod, millimallikad ja ümarussid ehk olendites, kes oma mõttetarkuse poolest just ei hiilga. Primitiivsete olendite ajud kordineerivad väga lihtsaid kaitse-, liikumise ja põgenemise reflekse. Kui tigu tokiga torkimise järel kerra tõmbub, olete tunnistajaks teo aju arvutuste tulemusele.

Tõendusmaterjal 2: suurem osa imetajate (ja ka inimeste) ajus toimuvast on pühendatud erinevate teadvuseväliste baaskäitumiste kordineerimisele. Suur hulk inimeste igapäevasest käitumistest (hingamine, kõndimine, puudutusrefleksid, silmaliigutuste ja tasakaalu kontroll jne jne) saab alguse peaajust väljaspool. Bioloogiline aju ei ole suur ja ühtne mõtlemise masin. Pigem meenutab meie keha kontroll supertankeri juhtimist, kus spetsiifilised süsteemid töötavad kursi sättimiseks, süvise reguleerimiseks ja kajutite õhkjahutuseks. Kas teadsite, et meie soolestiku seinas on peidus omaette aju, mis on meie ellujäämiseks sama tähtis kui peaaju?

Tõendusmaterjal 3: ilma käitumisvabaduseta oleme äärmiselt viletsad õppijad. Tennisemängu omandamiseks on tarvis aastaid väljakul reketiga ringi joosta, niisama telekast tennist vahtides ei jõua kuigi kaugele. Isegi õigesti nägema õppimiseks on vaja maailmas ringi liikuda. Ajukahjustusega patsientide nägemismeele taastamine polnud pikka aega kuigi edukas, kuni viimaks uurijad taipasid, et inimestel on parem tehislikest nägemissensoritest passiivse vaatlemise asemel neid kandes maailmas ringi jalutada. Ilma aktiivse käitumiseta on aju omamine mõttetu. Kõrgete mõtete peamine kasu seisneb just tulevaste käitumiste paremas planeerimises.

Olles mõistnud aju peamist eesmärki, on meil võimalik paremini mõista ka aju tööd. Meie käitumine koosneb üle ruumi ja aja jaotunud tegevustest. Mõni tegevus on kiire ja lühike nagu eelsõitja pidurituledele reageerimine. Nii mõnigi teine käitumine aga kulgeb palju pikemal ajaskaalal. Näiteks kui avastate, et teie auto pidurituled enam ei põle, peate minema poodi või teenindusse ja see võtab tunde või päevi. Järelikult peab aju infot ühest ruumipunktist teise liigutama vajadusel välgukiirusel, vajadusel aga läbi pikatoimelise mälu. Selles kirjatükis vaatleme, kuidas aju mikroskoopiline struktuur sedasorti paindlikust võimadab.

Välgukiiruse aluseks on elektrilised signaalid

Võtame järgnevalt ette ühe lihtsa käitumise ja näitame, kuidas aju erinevad koostisosad selle käitumise koordineerimisel kokku tulevad. Käsitletavaks käitumiseks on kõige tavalisem silmakaitse refleks, mis toimub iga kord, kui teie silmalaug silmamuna kaitseks alla liigub. Silmamuna on vaja kaitsta putukate, tolmu, tugevate õhuvoolude ja igasuguse muu prahi eest. Silmamuna kaitseta jäämisel võib kergesti toimuda silma välispinna kahjustumine. Kuna keegi ei soovi maailma vaadata läbi kriimustunud ja musta klaasi, on silmakaitse reflekside näol tegemist lihtsa, kuid väga vajaliku käitumisega, mille toimimine väärib pikemat tähelepanu. Pealegi aitab antud käitumise aluseks olev masinavärk meil mugavalt ja lihtsustatud kujul tutvustada aju mehhaanikat.

Et efektiivselt toimida, peab segavate stiimulite vastane kaitse toimima kiiresti. Rünnaku algusest kaitsva silmaliigutuse alguseni kulub umbes 0.1 sekundit. Kuigi silm asub ajust vaid mõne sentimeetri kaugusel, nõuab lühike reaktsiooniaeg, et signaalid leviks aju ja silma vahel kiiremini kui 1 m/s. Seljaaju ja jalgade ühendamisel on suurema kauguse tõttu vajalik veelgi suurem kiirus (ligi 100 m/s). Ainult elektrilised signaalid suudavad sedavõrd kiiresti pikki distantse ületada. Ajurakke ühendavad omavahel pisikesed elektrikaablid, mida nimetatakse aksoniteks. Just aksoni abil saab informatsioon kiiresti ühest rakust teiseni liikuda.

Neuronitevahelised ühendused on vajalikud, sest erinevat tüüpi ajurakud sisaldavad erinevat informatsiooni, mida rakkudel on tarvis omavahel jagada. Silmakaitse refleksis on (pisut lihtsustades) vaja kolme erinevat tüüpi ajurakku. Esimest tüüpi ajurakk (niinimetatud sensoorne ajurakk) saadab oma kombitsad silmamuna pinnale, kus kombitsad registreerivad kriimustavaid või rõhuvaid stiimuleid, mille tuvastamisel saadavad nad koheselt teele signaalid kesknärvisüsteemi suunas. Kesknärvisüsteemis ühendub sensoorne ajurakk vaheneuroniga, mis saadab sensoorse raku signaalid edasi lihastega ühenduvasse (motoorsesse) närvirakku. Motoorne närvirakk omakorda stimuleerib kaitserefleksi aktiveerimiseks silmalaugude lihaseid, millele järgnebki koheselt silmapilgutus.

Tähelepanelik lugeja on hakanud ilmselt juurdlema vaheneuroni tähtsuse üle. Miks ei võiks sensoorne rakk otse motoorse rakuga ühenduda? Vaheneuron käitub refleksi ahelas vajaliku filtrina. Vaheneuron ühendub erinevate sensoorsete rakkudega, mis kannavad infot valguse, helide, puudutuste ja palju muu kohta (joonisel on näha, kuidas ta saab teavet heliinfot kandvatelt neuronitelt). Teie silmapilgutuse võib aktiveerida näiteks vali ja ehmatav hääletoon, üllatavalt ere valgus või valulik puudutus. Samuti võib juhtuda, et mõni puudutus on sedavõrd nõrk, et ta pole silmapilgutust väärtki. Vaheneuron hindab vahetpidamata erinevatest meeleelunditest saadetud signaale ja vallandab silmapilgutuse refleksi ainult siis, kui see tõepoolest vajalikuks osutub.

Õppimine muudab ühendusi ajus

Sensoorsete ja motoorsete rakkudega võrreldes on vaheneuroni ühendused äärmiselt paindlikud. Nende ühenduste paindlikkus pärineb keemilisest allikast. Kahe närvisüsteemi raku puutepunktis asub eriline struktuur, mida nimetatakse sünapsiks. Sünaps muudab esimese närviraku elektrisignaalid keemiliseteks signaalideks, mis omakorda stimuleerivad elektrilisi protsesse teises rakus. Kirjeldatud kaskaad, mis esmapilgul tarbetu tundub, lubab sünapsil käituda nagu programeeritav võimendi: muutes sünapsi suurust, saab kontrollida seda, mil määral esimene neuron teist mõjutab. Sarnane signaal esimeses neuronis viib erineva vastuseni teises sõltuvalt sünapsi tugevusest. Peamiselt sünapside tugevuse manipuleerimise kaudu kirjutab aju endasse mälestusi.

Aju mälu mehhanismi sobib illustreerima tingitud refleks. Tingitud refleks aitab muuhulgas silmi efektiivsemalt kahjustuste eest kaitsta. Kujutage ette, et töötate päevast päeva konditsioneeride parandajana. Konditsioneerid on kapriissed ja mõnikord sülitavad nad äkitselt välja suures koguses tolmu, just selle hetkel kui teie pilk parasjagu konditsioneeri sisemust puurib. Õnneks eelneb tolmu väljutamisele iga kord stereotüüpne krigin. Teie aju on taibukalt õppinud stereotüüpset kriginat ära tundma ja sulgeb krigina kuulmise järel ennetavalt teie silmad. Nii ei pea te enne silmade sulgemist ootama, kuni silmad poolenisti tolmu täis on, vaid saate tolmujoa ennetava käitumisega blokeerida.

Krigina ja tolmujoa vahel tekkinud seos kujutab endast teatud liiki ennustavat mälu, mille salvestamisel mängivad olulist rolli just vaheneuroni sünapsid. Vaheneuronil on võimalus korduvalt jälgida, kuidas kriginale järgneb silmamuna stimuleerimine (joonisel punane ja sinine ruut). Reaktsioonina kahe signaali korduvale paardumisele muudab vaheneuron tugevamaks oma helitundlike ühenduste sünapse. Helisignaale vahendavad tugevnenud sünapsid võimaldavad vaheneuronil hiljem silmapilgutusi aktiveerida juba enne, kui puutetundlikud neuronid silmamunalt halbu uudiseid toovad.

Sisuliselt on vaheneuron sünapside tugevndamise käigus muutnud närvisüsteemi sisemist struktuuri. Niisiis erinevalt arvutiprotsessorist muutub ajurakkude töö tulemusena tõepoolest aju ise. Pärast selle teksti lugemist ei ole teie aju enam samasugune. Ajus muutuvad iga päev miljardite ühenduste tugevused ja selles ühenduste tugevuste täpses mustris on kirjas see, kes me oleme, ja kõik, mis me teame. Näiteks kui kolite uude korterisse, muutub teie ajus ühenduste struktuur nii, et see ühenduste muster kajastab lisaks kõigele muule, mida te varem teadsite, ka seda, kuidas teie uues korteris mööbel paikneb. Seega pikemal ajaskaalal toimuvad käitumised vajavad struktuurseid muutusi ajus.

Aju muudab ühenduste tugevusi närvirakkude vahel kiiresti ja vahel meile soovimatultki. Nii võibki olla erinevate hirmude aluseks see, et vastavad ajupiirkonnad on saanud liiga tihedalt seotud aju hirmureaktsiooni keskustega. Näiteks on tüüpilised hirmutekitajad ämblikud, maod, koerad ja kõrguse kartus. Kui hirmu aluseks on aga ühendused ajus, siis on käes ka tee hirmude võitmiseks: need ühendused ajus tuleb ümber harjutada, ümber dresseerida. Just seda tehaksegi teatud käitumusliku teraapia vormides, kus näiteks ämblikke kartev inimene puutub järelvalve all järk-järgult kokku ämbliku pildi, klaasseina taga oleva ämbliku ja lõpuks ämbliku endaga. Terapeudi poolt pakutav turvaline keskkond aitab lõhkuda aju ühendustel põhinevat seost ämbliku ja hirmu vahel ja seega vähendada inimese kartust ämblike ees. Samuti on näidatud, kuidas sarnane aju-ühenduste ümberõppimine saab aidata posttraumaatilise stressihäirega inimesi. Seega põhimõtted ja teadmised ajuteadusest aitavad meil paremini mõista inimeste käitumist ja seda vajadusel ka muuta.

Kokkuvõtteks

Oleme näinud, kuidas meie aju struktuur peegeldab meie käitumist. Meil on tarvis eri liiki ajurakke, sest peame suutma analüüsida informatsiooni, mis pärineb paljudest erinevatest allikatest. Meil on tarvis nii stabiilseid keemilisi kui ka kiireid elektrilisi signaale, sest sõltuvalt olukorrast peame mõnikord reageerima ülikiiresti, kuid mõnikord peame hoopis väga pikalt planeerima. Paljudele käitumistele vastavad spetsiaalsed ajuvõrgustikud, mille mõistmine aitab meil paremini aru saada näiteks hirmust, mälutõbedest või hoopis halvatusest. Järgmises numbris uurimegi täpsemalt, kuidas ajuteaduse tarkusi patsientide elu parandamiseks rakendada.

 

Tee aju mõistmiseni: ikka tasa ja targu

 

Horisondi kodulehel on nüüd vabalt kättesaadav meie ajuteaduse seeria esimene lugu. Kopeerin teksti ka siia, aga piltidega on ilusam (vt lk 50)

Ajul on eriline roll meie käitumiste kordineerimisel ja teadvuselamuste loomisel. Aju talitlemise mõistmine on muljetavaldavalt keeruline. Siiski on teadlastel aju saladuste lahtimuukimisel õnnestunud teha mitmeid edusamme ja seega nihutada piirjooni meie poolt mõistetavate meile seni mõistatuslike nähtuste vahel.

Mõned meie organismi punktid on erilised. Kui kirurg elektrilise orgiga mööda inimese keha sisemust ringi kondab ja aeg-ajalt meie sisemusse särtsu laseb, leiab tüüpiliselt aset vaid mõni pisemat sorti lihastõmblus. Aju pinnale jõudes juhtub aga midagi küllalt dramaatilist. Pisikene elektrisärts aju kiirusagaras (vaata ka joonist) võib panna patsiendi käsi plaksutama ja jalgu liigutama. Mõni sentimeeter kukla poole liikudes tajub patsient elektrilise stiimuli järel hoopis kummaliste kujundite virtuaalset ringtantsu oma nägemismeeles. Kiirusagarast selle vahva orgiga otsmiku poole liikudes muutuvad patsiendi tundmused konkreetsetest nägemustest abstraktsemaks.

Laseme rääkida patsiendil endal: “Tunne on pigem selline, nagu tahaks leida pääsetee, kuidas millegagi hakkama saada. Nagu … nagu, kas ma saan, kas ma saan sellega hakkama? Kas ma saan sellega hakkama?” Kui arst küsib, kas tegu on pigem positiivse või negatiivse emotsiooniga, vastab patsient: “See on pigem positiivne tunne. Umbes nagu: proovi veel, proovi veel, proovi veel ja katsu sellega hakkama saada.”

See elamus, see hakkamasaamise tunne polnud esile kutsutud sugugi mitte keeruka olukorra poolt. Elamuse tekkeks oli tarvilik vaid patsiendi aju elektriline stimulatsioon. See on vaid üks näidetest, mis illustreerib, et kõik, mis me tunneme ja mõtleme, saab alguse ajus. Nobelist Francis Cricki sõnades: “Sina, Su rõõmud ja mured, Su mälestused ja ambitsioonid, Su tunne eneseteadvusest ja vabast tahtest, ei ole tegelikult mitte midagi enamat kui tohutu kogumi ajurakkude käitumine”.

Mõnes mõttes on eelnev väide üllatav ja ootamatu; “hämmastav” nagu Crick ise seda väidet iseloomustas. Aju, see umbes 1400 grammine organ, mis keemilises mõttes on enamjaolt üks suur rasvapall, peaks olema kõigi meie vaimsete võimete aluseks? Tundub uskumatu, kuid teie aju bioloogiline masinavärk võimaldab just praegusel hetkel kuidagimoodi käesoleva artikli tähemärkide tindimustri moondumist tähenduslikuks sisuks.

Inimaju mõistmine on suur väljakutse

Aju mõistmist on tihti kutsutud teaduse suurimaks väljakutseks. Selge see, sest aju uurimine aitab meil selgitada, miks me oleme just sellised nagu me oleme. Miks veedame kolmandiku oma elust magades? Miks imikud esialgu häälitsevad, siis lalisevad ja viimaks teise eluaasta kandis rääkima hakkavad? Miks narkomaanid oma sõltuvusest lahti ei saa? Miks mu mälu mind vahel alt veab? Miks vanaema enam väljas olles kodu üles ei leia? Miks alkohol mõne inimese agressiivseks teeb? Ajuteadusel on lootust anda vastuseid mitmetele inimese olemust puudutavatele küsimustele. Lisaks esitavad ajuteadusest tulevad probleemid väljakutseid ka arvuti-inseneridele. Kaasaja arvutiteaduse suurimad väljakutsed on arvutite nägema ja rääkima õpetamine ning robotitele kõndimise selgekstegemine.

Eelnevalt kirjeldasime, kuidas stimuleeriva elektriora mõne sentimeetrine liikumine aju pinnal muutis dramaatiliselt patsiendi käitumist. Tõsiasi, et kõik meie mitmekesised käitumised on sedavõrd pisikese pindala sisse kokku pakitud, annab märku inimaju keerukusest. Meie aju keerukus saab alguse inimkäitumise keerukusest. Inimaju ei ole hämmastav seetõttu, et ta suudab malet mängida, Horisondi artiklit lugeda, savist jooginõusid vormida, kuuekäigulist õhtusööki valmistada või korvpallimängus või tantsusaalis liikumist kordineerida. Inimaju on hämmastav, kuna ta suudab vajadusel seda kõike ja veel palju muudki. Putukatele ja tigudele, kes saavad maailmas hakkama pisut lihtsamate käitumismustritega, on looduse poolt antud selle võrra lihtsam aju.

Nii loomade kui inimeste käitumine tekib ajurakkude talitluse tagajärjel. Selleks, et mõista, kuidas aju meie käitumist kontrollib, ei piisa ainult aju piirkondade elektrilisest stimuleerimisest, vaid tuleb uurida ka ajukoe rakulist struktuuri. Meie ajurakud on imepisikesed ja ajju väga tihedasti kokku pakitud (vaata ka joonist).  Hinnatakse, et inimajus võiks olla umbes 100 miljardit närvirakku. Et bioloogidel tööd jätkuks, ei ole kõik närvirakud kaugeltki ühesugused, vaid erinevad üksteisest oma keemilise keele, kuju, ühendusmustri ja veel kümnete omaduste poolest. Erinevate hinnangute kohaselt on ajus enam erinevaid rakutüüpe kui terves ülejäänud organismis kokku. Sellest ajurakkude sasipuntrast just meid huvitavat käitumist vahendavate ajurakkude ülesleidmine ei ole lihtne.

Aju uurimise teeb märkimisväärselt väljakutsuvaks ka asjaolu, et närvirakud ei tegutse üksteisest isoleerituna. Iga närvirakk on ühenduses keskmiselt 10 000 teise närvirakuga. Seega ajurakkude vaheliste ühenduste arv on mõtlemapanev – 1 viieteistkümne nulliga. Närvirakkude vahelised ühenduskohad, mida nimetatakse sünapsiteks, on omakorda pidevas muutumises. Närvirakkude ühendusmustrid ja plastilised muutused sünapsites omakorda mõjutavad otseselt närvisignaalide mustrit ajus. Tänasel päeval on meil tihtilugu suuri probleeme nii ajurakkude töö vaatlemisega kui ka aju keele ehk siis närviimpulsside mustri lahtimõtestamisega. Kõige selle valguses on ehk mõistetav, miks väidetakse, et aju on meile teadaoleva universumi kõige keerukam masinavärk.

Me teame, et meie vaimsed protsessid põhinevad aju tööl

Õnneks on ajalugu sünnitanud piisavalt ajuteadlasi, kes selle keerukuse ees kartma ei ole löönud. Tänu neile on meil erinevate organismide ajude kohta kogunenud tohutult palju teadmisi. Antud artikliseeria eesmärgiks on tutvustada murdosa sellest, mida me aju kohta juba teame, kuid samas kirjeldada ka seda, mida me veel ei tea. Lahendatud probleemide nimistusse kuulub aju keemilise ja elektrilise suhtluskeele lahtimuukimine, lihtsamate õppimisprotseduuride ja mälumehhanismide füüsikaline ning algoritmiline kirjeldus, ajuproteeside ja implantaatide konstrueerimine. Lahendamata mõistatuste hulka kuuluvad näiteks keeruliste ajuvõrgustike struktuuri kaardistamine ja füsioloogia ning teadvuse suure probleemi lahendamine.

Antud artikliseeria tähtsaim eesmärk on innustada lugejat aju üle teadlikus keeles mõtlema. Ajal, mil horoskoobid ja posijad kaaperdavad inimeste aega ja raha, on tähtis, et inimestel oleks enda üle mõtlemiseks välja pakkuda alternatiivne raamistik. Esimese näitena kirjeldame siinkohal vast ajuteaduse suurimat saavutust: vastavuse loomist füüsilise ja vaimse tasandi vahel.

Mõtete allika avastamine polnud sugugi triviaalne ülesanne. Südamerütmi ja emotsioonide omavaheliste seoste otsene (kehaline) tunnetamine utsitas mitmeid antiikkultuure tunnete ja minapildi allikat hoopis südamesse paigutama. Aju tööd oli südame ilmselge tuksega võrreldes palju kergem kahe silma vahele jätta. Nüüdseks on ajukahjustusega patsiente uurides siiski selgeks saanud, et erinevad aju osad vastutavad erinevate vaimsete funktsioonide eest.

Näiteks kuklataguse ajupiirkonna kahjustus viib selleni, et teatud osa nägemisväljast kaob teadvusest, kusjuures see, milline osa nägemisväljast teadvusest välja langeb, on väga täpselt ennustatav selle järgi, kus täpselt ajukahjustus paikneb. Samas kõrgemate nägemispiirkondade kahjustus võib patsiendi tajus kaasa tuua probleemid nägude äratundmises või igapäevaesemete nimetamises. Erinevate ajupiirkondade töö spetsiifilisus väljendub näiteks selles, et leidub patsiente, kes ei suuda igapäevaesemeid tajuda, kuid suudavad siiski neid esemeid veatult haarata ja vastupidi – on patsiente, kes ei suuda objekte haarata, ehkki suudavad neid näha ja kirjeldada. Teatud oimusagara piirkondade kahjustuse tulemusena ei suuda patsiendid enam õppida uusi seiku ja fakte maailma kohta, ehkki nad suudaksid siiski õppida uisutama. Teatud kiirusagara kahjustuse tagajärjel võib tekkida sündroom, kus patsiendi enda käsi teeb asju, mida ta ei soovi. Näiteks võib käsi viisakalt lehvitada inimesele, kes patsiendile tegelikult ei meeldi, ilma et patsient seda tahaks. Seetõttu nimetatakse seda sündroomi tabavalt ka tulnukkäe sündroomiks. Otsmikusagara kahjustus võib aga viia selleni, et patsient ei suuda enam ette võtta isegi lihtsat tegevust nagu toiduvalmistamine, sest erinevate tegevuste reastamine ja planeerimine on tema jaoks muutunud võimatuks. Seega me teame, et erinevate ajupiirkondade töö on seotud erinevate vaimsete võimetega. Seega nende teaduslike tõendusmaterjalide valguses, mis me oleme tänaseks päevaks kogunud, on mõistlik arvata, et kogu meie „vaimne“ olemus on tõepoolest vahetult seotud aju tööga.

Hindame ka seda, mida me veel ei tea

Aga see ei tähenda, et me teame, kuidas täpselt ajus toimuvad otsustusprotsessid, kuidas talletuvad mälestused või kuidas aju töö tulemusena tekib inimlik intelligents või teadvus. Meie teadmiste augud on ajuteaduses sedavõrd suured, et neil on ilmselge praktiline tähendus. Aju biokeemia mõistmise puudujääkide tõttu puudub meil endiselt efektiivne ravi Alzheimeri, Parkinsoni, skisofreenia ja paljude muude ajutõbede vastu. Aju mittemõistmise tagajärjeks on näiteks ka see, et meie püüdlused intelligentseid roboteid luua ei ole ülispetsiifilistest tööstusrakendustest ja mänguasjadest palju kaugemale jõudnud. Nii inimlik uudishimu kui rakenduslikud aspektid motiveerivad praegust ajuteaduse buumi.

Kuidas siis ajuteadus inimkonna lahendamata probleeme ründab? Ühelt poolt lähenevad asjale tehisintellekti loojad, kes üritavad erinevaid algoritme proovides jõuda süsteemideni, mis inimesele sarnase paindlikkusega suudavad lahendada erinevaid ülesandeid (malemängust võileiva valmistamiseni). Teiselt poolt üritavad inimese ja primaatide ajude uurijad neile kättesaadavate tehnoloogiate abil aju füüsilist struktuuri mõõta, manipuleerida ja kaardistada. Kolmas lähenemine on uurida lihtsamaid mudelorganisme, kus kindlat käitumist vahendavad miljonite närvirakkude asemel kõigest kümned või sajad rakud. Näiteks puuviljakärbse toitumiskäitumist uurides saame juba praegu väga täpselt aru osadest reeglitest, mille abil närvisüsteem kontrollib näljatungi. Erinevate mudelorganismide ajude uurimine krabidest äädikakärbesteni ja kalmaaridest hiirteni on läbi ajuteaduse ajaloo viinud suurte läbimurreteni. Näiteks kõndimise koordinatsioonimehhanisme kirjeldati esimesena kassides, samas kui võrkkesta elektrilise keele lahtimuukimine sai alguse hobukrabide uurimisest.

Nagu järgnevad artiklid selles artikliseerias näitavad, on ajuteadus selliste lähenemiste abil juba praeguseks aru saanud mitmetest aju töö põhimõtetest. Seega tuleb teha teadust samm-sammult, tasa ja targu, ja hinnata kõigepealt seda, mida me juba teame. Ainult olemasolevate teadmiste põhjalik tundmine aitab tõeliselt mõista puudujääkide asukohta. Kutsume lugejat meiega koos ajuteaduse saladustes tuhnima. Saame üheskoos avastada, et palju näiliselt müstilisi fenomene on meile ammugi selged, samas kui palju igapäevast on meile endiselt tundmatu.

teadvusest, avameelselt, osa 2

Juba mõnda aega tagasi vastasin Alari kommentaarile, aga nüüd ka vastuseid Tiidule:

Mis põhjusel peaksime nimetama ajust otsitavaid teadvuse põhjuseid just neuraalseteks KORRELAATIDEKS? See küsimus tekib sellest, et levinud seisukoht paistab olema “sina oled sinu aju”, mis eeldatavalt tähendab, et teadvus tuleneb otseselt ajutegevusest, ehk et mingi kindel sündmus või sündmuste kompleks ajus tekitab teatava subjektiivse kvaliteedi taju. Aga kas seda võib sellisel juhul samahästi nimetada näiteks teadvuse neuraalseks koordinaadiks? See viitaks otsesemalt sellele, et ajusündmus on teadvuse põhjustaja. Korrelaat viitaks justkui sellele, et on olemas kaks eri asja, aju ja teadvus, ning nende vahel on teatav korrelatsioon, mis ei pruugi olla 1 ja kus ei pruugi olla ka põhjuslikku seost. Kui seos aga oleks väiksem või puuduks põhjuslik seos, siis ei oleks kõik seletatav aju tegevusega. Või on siin lihtsalt tegemist mõiste küsimusega, kus antud juhul korrelaat tähendabki umbkaudset asukohta?

Eks see “korrelaat” ole eelkõige ajaloolistel ja strateegilistel põhjustel. Teaduses ikka üritatakse olla pigem tagasihoidlikud oma järeldustes ja väidetes. Kui Crick ja Koch “korrelaatidest” rääkima hakkasid 1990ndate alguses, teadsime veel võrdlemisi vähe teadvuse ja aju seostest – seetõttu nad olid ettevaatlikud, kasutasid terminit “korrelaat”, mis on siiani käibele jäänud. Juba tollal nad küll vihjasid, et kui teadus areneb, võime ja peaksime “korrelaatidelt” edasi liikuma “teadvuse neuronaalsete alusteni” või “põhjusteni” vms, inglise keeles vahel räägitakse “causes”, mõned eelistavad “constitution”. Seega ajuteadlased on küll üsna kindlad, et tegu on “neuronaalsete põhjustega”, aga terminoloogia on osati ajaloolistel põhjustel senini jäänud ettevaatlikumaks.

Lisaks, milline on teie ambitsioon selle osas, mida teadus peaks seletama. Kas piisab Francis Cricki seisukohast, et kõlbab ka erinevate funktsioonide seletamine ja teadvuse sündmuste asukoha kindlaks tegemine ajus, aga selgitus, kuidas kogu sellest võnkumisest või elektrivoolust ikkagi tekib subjektiivne tunne tajuda, tuleks unustada, sest siin ei pruugi olla teaduslikku lahendust? Või taotlete te seda, et aju uurimine seletaks ära ka subjektiivsete tunnete tekkimise? Sellega seostub ka see, mida tähendab “teadvuse suur probleem”, kas sama nagu Chalmersi “raske probleem” ehk kuidas tekib müstiline taju olla ja kogeda või midagi muud?

Minusuguse noore ja naiivse inimese jaoks ei ole teist võimalust, kui üritada lahendada ka Chalmersi “raske probleem”, mida ma siin blogis olen jah pisut naljaga nimetanud suureks probleemiks. Muidu on see nagu lõputa põnevuslugu või nagu voolukatkestus 100 meetri jooksu finaali või tasavägise korvpalliheitluse viimaste sekundite jooksul – peamine jääb puudu. Teadus peab ikka olema ambitsioonikas. Võib olla neid, kes ütlevad, et teadvus on teaduse jaoks liiga keeruline probleem või et teadus ei saagi kunagi vaimseid protsesse selgitada. Aga teadlase ülesanne on alati uurida neid probleeme, mida seni ei osatud hästi uurida. teadus töötab inimteadmiste piiri peal. Teadlased üritavad üha rohkemast aru saada, samm sammult mõista seda, mida me veel seni ei teadnud, muuta võimalikuks seda, mida seni peeti võimatuks.

Täna mõistame me mitmeid seiku universumi, kvantmaailma ja elu kohta, mis oleksid tundunud täiesti arusaamatud ja müstilised vaid 100 aastat tagasi. Niisiis miks ei peaks me mõistma teadvust? Me peaksime vähemalt üritama.

Ning viimaks veel üks keeruline asi. Kui eeldada, et teadvus tekib ajust, siis peaks vist nõustuma, et inimest annab aatomiteks lahti võtta ja taas kokku panna ning kui taastada aatomite dünaamiline olek operatsiooni hetkel, ärkab inimene kokku pannes oma mälestustega üles justkui unest. Kas ajuteadlane arvab nii? Või kui ei, siis miks mitte? Kui öelda, et jah, kõik praegused raskused ületades peaks see olema loodusseadustega kooskõlas ja võimalik, siis tekib selline probleem, et mis saab, kui me näiteks telepordime isikut, võtame originaali osadeks lahti, saadame tema konfiguratsiooni info edasi ja teises kohas genereeritakse mingi vea tõttu selle info põhjal kohalikest aatomitest selle isiku kaks 100% identset koopiat, ainukeseks erinevuseks on kahe keha erinev asukoht. Kõrvaltvaataja seisukohast saaks öelda, et üles ärkavad kaks isikut, kes mõlemat peavad ennast isikuks, kes astus telepordimasinasse ja hakkavad ärkamise hetkest vaikselt erinema. Aga probleem tekib siis, kui püüda mõelda, kuidas selline protsess näeks välja isiku enda vaatenurgast, mina-perspektiivist. Kui kujutleda, et sulen silmad ja mind võetakse lahti ja pannakse kokku kahes eksemplaris ning kui keegi küsib “kumb ärkajatest oled sina ja mida sa ärkamise hetkel näed?”, siis pole võimalik vastata. Sest ei ärka mitte mina, vaid minad, aga seda pole võimalik mina-perspektiivist ette kujutada. Siin tekib selline keerukas paradoks või küsimus, et kui me ei suuda seda mina-vaatest ette kujutada, kas see siis ehk polegi võimalik, või mis. Mis oleks teadlase kommentaar sellele probleemile?

Tegu on põneva küsimusega, mis ei ole teadlaste lemmik: sellised mõtteeksperimendid on küll huvitavad lugeda, aga mitte väga praktilised. Keda huvitab antud mõtteeksperiment pikemalt, võib lugeda siit: http://waitbutwhy.com/2014/12/what-makes-you-you.html

Peamine huvitav mõttekoht on vist see “kui me ei suuda seda mina-vaatest ette kujutada, kas see siis ehk polegi võimalik”. Ilmselgelt see pole väga tugev argument – me ei suuda mina-vaatest ette kujutada ka seda, et meid pärast surma ei ole või et meid kunagi ei olnud. Me ei suuda mina-vaatest ette kujutada ka seda, kuidas oleks olla lõhestunud ajuga või pärast lobotoomiat jne.

Siin mõni nupukam lugeja võib aidata, aga mulle näib, et võib kenasti vastata nii: mõlemad ärkajad on OMA mina-vaate kohaselt iseendad (mina) ilma mingi probleemita, lihtsalt mõlemad ärkaja jaoks “see teine tüüp”, kes ka väidab, et ta on see sama isik, on mingi kloonitud zombi.

Ja lõpuks vastus teadlaste raudvarast: see on empiiriline küsimus, kui kunagi vastava eksperimendini jõuame, küll siis näeme!

 

Su aju: mida me teame ja mida veel ei tea?

Veebruris pidasin Elleri muusikakoolis konverentsi “Muusika ja inimeseks olemine” raames ettekande ajust:

Suvi! Lõputööde hooaeg on läbi

Väljas küll pigem sügisene ilm, aga tööl algas just suvi, sest kevadine lõputööde maraton sai läbi!

Iga aasta ma luban oma abikaasale, et võtan 2-3 juhendatavat, kuid selle lubaduse pidamine on raske – näiteks arvutiteaduse instituudis võtsid minuga sügisel ühendust mitu ilmselgelt väga nupukat tudengit, kellele oli raske EI öelda. Niisiis oli mul sel aastal 8 juhendatavat.

Ilmselgelt pole mul piisavalt aega ja terveid käsi, et neid kõiki töid üksipulgi läbi võtta, aga mõned kokkuvõtted:

3 tööd oli seotud mäluga – tegu on teemaga, kuhu viimastel aastatel olen end rohkem sisse lugenud ja sisse söönud. Ehk saame ka esimese mäluteemalise artikli Taavi magistritööst.

5 tööd oli seotud virtuaalse reaalsusega – see on valdkond, kuhu tasub investeerida. Meil on juba eelmisest aastast Madise töö muutusepimeduse kohta 3D ruumis, sel aastal juba laadisime üles töö “Inimkaheksajala” kohta, 3 tööd on nüüd artikliks kirjutamise ja ärasaatmise järjekorras.

Vaid 2 tööd oli seotud ajuandmete analüüsiga – doktorantuuri lõpust saadik on ajuandmete analüüs mind üha vähem huvitanud.

Ja mis ehk kõige olulisem – ükski neist kaheksast tööst ei olnud vahetult seotud teadvuseuuringutega.

See kõik paneb mind pisut mõtlema, kes ma siis teadlasena olen – mind tuntakse ja teatakse rahvusvaheliselt ainult teadvuse teadusliku uurimise tõttu, kuid viimastel aastatel pole see teema enam nii väga paelunud ja sütitanud. Kas on mõtet teha kannapööre? Vanale koerale enam uusi trikke ei õpeta? Rohi on alati mujal rohelisem?

Igal juhul tundub, et varsti tuleb ka see blogi pikemale (igavesele?) puhkusele saata. Või vähemalt rebrändida.

 

Vähem on rohkem: kuidas kasutada aju nutikalt

Ehk kõlab pisut paradoksaalsena, kuid edu nimel tuleb pisut vähem rabeleda, et ajudest maksimumi võtta.

Meie aju on imeline, parim arvutusmasin meile teadaolevas universumis. Tänapäeva töökeskkond teeb aga meie kolju sees olevast sportautost tõukeratta. Peamine põhjus on informatsiooni üleküllus, millega kaasnevad ajule väga ebasobivad tööviisid: 1) et kõigega kursis olla, on standardiks ülesannete samaaegne tegemine, st rööprähklemine, 2) Inimestele meeldib olla alati kättesaadav (“always on”), kohe igale e-kirjale või tekstisõnumile reageerida, 3) kuna infot on alati rohkem kui aega, kiputakse tegema üha pikemaid tööpäevi.

Nende tööpraktikate kohaselt aju kasutades muudame kahjuks aju imemasina taskukalkulaatoriks. Üks suur probleem tänapäeva töökeskkonnaga on, et aju on oma loomuselt väga vilets rööprähkleja. Mõtlemist vajavaid tööülesandeid teeb aju alati üksteise järel, mitte samaaegselt. Seega iga kord, kui tuleb tööalane telefonikõne või on tarvis sotsiaalmeedias vastata, peab aju ühelt ülesandelt teisele lülituma. See ümberlülitamine nõuab lisaressursse.

Mõttetöö ressurss ajus on aga piiratud – teadlik mõttetöö tundub subjektiivselt raske ja on ka ajule raske, niisiis suudab aju seda teha vaid piiratud aja. See teadliku mõtlemise ressurss võimaldab tulla loovate lahenduste peale ja hakkama saada mõtlemist vajavate tööülesannetega, aga kuna ta on piiratud, tuleb teda hoida.

Eelmise kahe punkti valguses tundub mõistlik soovitada järgmist: Tuleb keskenduda korraga ainult ühele ülesandele. Töötamiseks võiks panna kinni kõik muu (veebilehitseja, Facebook, e-post, nutitelefon, tüütu kolleeg), võtta maha kõik uuendused ja teated. Tööta rahus, tööta ühe asja kallal.

Ma juba aiman, et see soovitus tundub tobe, tagurlik ja vale – “nii palju on korraga toimumas, ma pean kõigega kursis olema ja vajadusel kiiresti ümber lülitama“. Arusaadav. Aga ega ühele ülesandele ei pea keskenduma mitu tundi. Oh ei.  Tee pause – niipea, kui tunned, et keskendumine kaob, tõuse laua tagant. Tuntud soovitus on teha tööd 25 minutit ja seejärel puhata 5 minutit. Seega ühele ülesandele tuleks keskenduda 25 minutit, seejärel võib paar minutit e-kirju vaadata ja telefoni piiluda. Ja järgmised 25 minutit võib võtta ette midagi hoopis teistsugust. Hea takt on näiteks kaks blokki mõttetööd ja üks blokk kirjadele vastamist.

Võib ennetada ka vastuväidet, et ühe ülesande tegemine on iganenud tööviis –  “kümne aasta pärast ei vajata enam süvenemist ja mõtlemist – edukas on see, kes suudab kiiresti palju infot analüüsida ja õigesti reageerida”. Kahjuks või õnneks on nii, et juba praegu oskab tehismõistus mitmes valdkonnas “kiiresti palju infot analüüsida ja õigesti reageerida” inimesest paremini, kümne aasta pärast ei ole inimesi selliste ülesannete täitmiseks enam tarvis.

Seega peame küsima, milles jääb inimene masinast paremaks. Milliseid tööviise peame õpetama noortele, et neil 10-20 aasta pärast töö oleks?

Lihtsustatult võib öelda, et masinad on inimesest paremad ülesannetes, kus on tarvis korraga mitmeid muutujaid arvesse võtta (näiteks otsustamine, milliseid kaupasid lattu tellida, arvesse võttes eelmiste kuude ja aastate andmeid). Meie aju seljatab aga praegu igasuguse masina töödes, kus on tarvis luua midagi uut – leida innovatiivseid seoseid erinevate muutujate vahel, et tulla loovate lahenduste peale (nt Skype või Transferwise idee väljamõtlemine).

Loominguliste lahenduste leidmine aga nõuab just probleemi süvenemist, mitte paljude faktide pealiskaudset teadmist. Ja ehk mõneti üllataval kombel ei tule lahendused siis tõenäolisemalt, kui pikki tööpäevi teha ja kui alati levis ja võrgus olla. Maailma mõtteloo ajalugu ja teadustöö näitab, et tihti tulevad lahendused tööalastele probleemidele hoopis puhates! Inglise keeles öeldakse kenasti, et lahendustega on seotud kolm B’d – bed, bus & bath. Eesti keelde võiks siis parafraseerida kolm V’d – vann, voodi ja vantsimine. Tasub märkida, et nutiseadmed ajule vastavat puhkust ei paku, kuna nendest tulev infovool kaaperdab ideede tantsuplatsi. Aju nutikuse tõstmiseks olgu õhtud nutiseadmete vabad.

Niisiis ajuteadusele tuginedes võime öelda, et kui eesmärgiks on rohkem innovatsiooni ja rohkem suuri ideid, siis peaksid kõik mõttetööd tegevad töötajad vähem töötama. Uute lahenduste peale tulemiseks peaks korraga keskenduma ühele tööülesandele. 12-tunniste tööpäevade asemel olgu hoopis 12 minutit tukastamist iga 8-tunnise tööpäeva keskel.

Artikkel ilmus originaalis Äripäevas.