Esileht > ajuteadus > Vol 2: Koordinatsioon ajusüsteemides

Vol 2: Koordinatsioon ajusüsteemides

Jätkub seeria „koordinatsioon ajus“, mis põhineb Frankfurdis toimunud Strüngmann foorumil. Tänaseks teemaks on grupi kolm poolt arutlusele võetud küsimus, kuidas dünaamiline koordinatsioon toimub ajusüsteemide tasemel – kuidas näiteks prefrontaalne ja visuaalne korteks koordineerivad tööd omavahel, et tekitada eesmärgipärast käitumist?

Selline ajusüsteemide vahelise töö koordineerimine eeldab, et aju funktsionaalne arhitektuur on paindlik ja muutusevõimeline samal ajaskaalal, mis meie vaimne töötlus ja käitumine. Otse loomulikult pakuvad sellist võimalust just dünaamilised sünkroniseerimisprotsessid – nagu eelmises postituses väljendasin, võimaldab pelgalt neuronigruppide aktiivsuse omavahelise ajastuse muutmine tekitada erinevusi selles, millised neuronigrupid omavahel funktsionaalselt kokku käivad. (Kui populatsioon 1 ja 2 on omavahel sünkroonis, siis nad on funktsionaalselt koos; kui nad aga on täpselt samamoodi aktiivsed, kuid see aktiivsus ei ole sünkroonne, siis nad ei ole funktsionaalselt koos, vaid näiteks hoopis võistlevad omavahel.) Selline funktsionaalsete seoste tekitamine ja lõhkumine toimub ka erinevate ajusüsteemide vahel ning vastavaks mehhanismiks saab taaskord kenasti olla erinevate süsteemide aktiivsuse omavaheline ajastus (ehk sünkroniseerituse tase).

Üks kena näide erinevate ajusüsteemide ajastuse funktsionaalsuse kohta tuleb tähelepanu-uuringutest. On teada, et otsmikusagar on üks nendest keskustest, mis kontrollib, millistele ruumipiirkondadele või objektidele tähelepanu juhitakse. Hiljuti näidati, et visuaalse tähelepanu korral koordineerivad otsmikusagara keskused visuaalse korteksi aktiivsust just läbi omavahelise sünkroonsuse – esiteks tekitatakse sünkroonsuse abil funktsionaalne seos otsmikusagara ja visuaalse korteksi vastavate piirkondade vahel; teiseks sünkroniseerib otsmikusagar visuaalse korteksi neuronid, võimaldades neil paremini vastu võtta vastavat sisendiformatsiooni; kolmandaks võimaldab piirkondade vaheline sünkronisatsioon töödeldud informatsiooni visuaalsest piirkonnast otsmikusagarasse edastada. (seda tööd kirjeldasime pikemalt siin – https://teadvus.wordpress.com/2009/05/30/tahelepanu-neuronaalsed-mehhanismid/).

Niisiis, sünkronisatsioon ja võnkeprotsessid võimaldavad koordinatsiooni nii üksikneuronite, neuronipopulatsioonide kui ka ajusüsteemide tasandil. Üldistatult võib öelda, et kui kaks neuronigruppi A ja B saadavad sisendit samale järellülitatud neuronigrupile C, siis A ja B võistlevad grupi C väljundi domineerimise nimel: kui grupi A neuronid ja grupi B neuronid pole omavahel sünkroonis, siis C sünkroniseerub kas A’ga või B’ga, aga mitte mõlemaga korraga. Selles, kas C sünkroniseerub A’ga või B’ga väljendubki A ja B vahelise võistluse tulemus – grupp, mis sünkroniseerub C’ga, võidab ja saab C’le informatsiooni edastada, teine grupp jääb C poolt kuulmata (nö „winner takes all“ mehhanism ajus). Siiski on oluline märkida, et ehkki sünkoniseerimismehhanism võimaldab funktsionaalsete suhete tekkimist ja on nende signatuur ajus, ei selgita see mehhanism, kuidas ajus toimub valik – kas C sünkroniseerub A’ga või B’ga? Kui võtame eelmises lõigus toodud tähelepanu-näite, siis pole selge, kuidas ajus tekib otsus viia tähelepanu ühele või teisele ruumipiirkonnale. Esimese isiku perspektiivist on kõik väga lihtne: me teadvuslikult valime, millele me oma tähelepanu pöörame, kuid ajuteaduse seisukohast oleks huvitav teada, kuidas ajus tekib ja toimub iseorganiseerumisprotsess, mis kontrollib iseennast.

Leiti, et ajaliste suhete kontrollimine on mõistlik mehhanism ajusüsteemide vahelise koordinatsiooni jaoks, kuid et selle paremaks mõistmiseks on tarvis teha veel palju teoreetilist ja eelkõige eksperimentaalset tööd. Nimelt on vastavate ideede kontrollimiseks tarvis läbi viia samaaegselt mõõtmisi tuhandetelt kui mitte rohkematelt närvirakkudelt. Teiseks puuduvad praegu lisaks tehnoloogiale ka selged ideed, kuidas näiteks 10 000 närviraku samaaegset aktiivsust korraga analüüsida ja statistiliselt hinnata. Kolmandaks on tõendusmaterjal sünkronisatsiooni ja võnkeprotsesside olulisuse kohta seni pigem korrelatiivne – kausaalsuse näitamiseks loodetakse eelkõige optogeneetiliste meetodite peale, mille abil on võimalik selektiivselt neuroneid aktiveerida ja vaigistada. Esimesed vastavad tulemused said see aasta publitseeritud ja olid väga paljutõotavad (kommenteerisime neid töid siin: https://teadvus.wordpress.com/2009/04/27/tulistab-ei-tulista-gammarutmide-mojutamine-valgussignaali-abil/).

Ka see grupp jõudis oma küsimustes teemani, mis on rohkem või vähem oluline püsiva teadvusmulje mõistmiseks. Nimelt leiti, et kui me oleme vastamisi stseeniga, kus on palju erinevaid objekte ja iskuid (mis on just see, mida me argipäevas näeme), siis objekti esimesel vaatlemisel ehk on tõepoolest tarvis, et tähelepanuline mehhanism sõlmiks sünkroniseerimise abil mingi vaadeldava objekti omadused üheks tervikuks, kuid pärast selle protsessi ühekordset toimimist peaks sellest seosest jääma mingi püsivam jälg (mistõttu see objekt saaks teadvuses edasi püsida ja mistõttu tähelepanu uuel viimisel sellele objektide sõlmimisprotsesse enam tarvis poleks). Ka see grupp jõudis järeldusele, et püsivam jälg võiks olla tõenäoliselt esindatud mitte niivõrd neuronite aktiivsuses, kuivõrd võrgustiku struktuuri dünaamilistes muutustes ja plastilisuses. Selle vaate kohaselt poleks representatsioonid ajus mitte närvirakkude aktiivsusvektorid, nagu tavaliselt eeldatakse, vaid pidevalt muutuvate ühendusmustrite dünaamilised graafid. Märgitakse ka, et kui selline mõtteviis on õige, siis ignoreerib neuroteadus praegu väga suurt osa aju masinavärgist, kuna ühenduste arv ajus on palju (ca 10 000 korda) suurem kui närvirakkude arv. Sellegi poolest võib sünkroonsus ja sünkroonne koordinatsioon olla tarvilik vastavate ühendusmustite tekkeks: objekti esmatöötlusel on tarvis tema tunnused omavahel funktsionaalselt siduda, kuid pärast seda võib tervik olla ajus esindatud teistmoodi, ühenduste mustrites. Nagu eelmise postituse kommentaarides mainiti, puudutab selline mõtteviis ühte teadvuseteaduse keskset probleemi: närvirakkude hüplikud ja diskreetsed aktsioonipotentsiaalid ei tundu kokku sobivat ajas järjepideva teadvusmuljega. Ehk aitavad foorumil kõlanud uued ideed tõepoolest (aastate pärast) paremini mõista ka teadvust?

Rubriigid:ajuteadus
  1. Kommentaare veel pole.
  1. No trackbacks yet.

Lisa kommentaar

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Log Out / Muuda )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Log Out / Muuda )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Log Out / Muuda )

Google+ photo

You are commenting using your Google+ account. Log Out / Muuda )

Connecting to %s