Esileht > aju ja teadvus, ajuteadus > Valmistu ette, et teadvustada hästi!

Valmistu ette, et teadvustada hästi!

Viimaste aastate jooksul on kognitiivse ajuteaduse üldvoolus nii mõndagi muutunud. Kui vanameister Hubeli aegadel ja veel 90ndatelgi uuriti peamiselt seda, kuidas aju keskkonnas toimuvale reageerib, siis üha enam on pööratud tähelepanu sellele, kuidas aju keskkonnas toimuvat ennustab. See temaatika on väga hästi uuritud motoorikas, kus ennustamine on liidetud meie motoorset käitumist selgitavatesse mudelitesse. (Näiteks ei saa lugeja end ise kõditada, kuna ta motoorne süsteem saadab sõrme liikumise kohta informatsiooni sensoorsetesse ajupiirkondadesse, mis seetõttu juba teavad keha puudutavaid signaale ette.) Nägemismeeles on sellistele ennustusprotsessidele võrreldavalt vähem tähelepanu pööratud, kuid viimaste aastate jooksul on temaatika üha populaarsemaks muutunud (seda kinnitab näiteks Christoph Summerfieldi hiljutine ülevaateartikkel ennustusprotsesside kohta nägemismeeles, mille võib leida ajakirja Trends in Cognitive Sciences septembrinumbrist).

Mind ennast huvitavad ennustusprotsessid väga. Seoses teadvuse teemadega võib küsida näiteks järgmist: Kuidas on see, mida me parajasti teadvustatult näeme, mõjutatud sellest, mida meie aju antud situatsiooni või stiimuli kohta ennustas? Kas me teadvustame kergemini ennustavaid sündmuseid keskkonnas kiiremini (kuna saab ajus juba eelnevalt vastavad protsessid ette valmistada)? Kas täiesti üllatavaid ja ootamatuid sündmuseid teadvustame me kuidagi intensiivsemalt? Kas me võime teadvustada midagi valesti, kui ennustusprotsessi kohaselt peaksime me nägema midagi muud kui keskkonnas tegelikult esitatud on? Kõiki neid küsimusi on võimalik eriti mõnusalt uurida inimajus tänapäevaste ajukuvamisvahenditega, sest aju ennustused tulevate sündmuste kohta peaks olema ajus esitatud juba enne seda, kui eesmärkobjekt ise ekraanile jõuab (niiöelda „baseline“ aja jooksul, nimetagem seda „eelperioodiks“). Sellise ideestiku raames saigi meil ühe kolleegiga MEG jaoks kavandatud projekt, kus mõõdaksime objektide (väär)teadvustamist sõltuvalt ennustusprotsessist ja üritaksime just eriti vaadata seda, kuidas ennustus mingi objekti kohta on kodeeritud aju magnetväljade mustrisse objekti ilmumise eelperioodi ajal. Kahjuks või õnneks see mõte eilsest ööst saati enam minu jaoks originaalne ei ole, sest sel hetkel avaldati PNASi early editionis Oxfordi ja Cambridge uurijate koostöös sündinud artikkel, mida järgnevalt tutvustangi.

Autorid kasutasid oma uuringuteks kenasti nö „mõtetelugemistehnoloogiat“ (millest on siin blogis korduvalt juttu tulnud, hiljuti siin). Lühidalt tutvustades seisneb see meetod selles, et ajus ei võrrelda mitte ühe ajupiirkonna või voksli (3D piksel) aktiivsuse erinevust erinevates tingimuses, vaid võrdlusesse kaasatakse paljude-paljude vokslite aktiivsuse üldkonfiguratsioon. Seega uuritakse ajuaktiivsuse mustreid ja rakendatakse matemaatilisi klassifikatsioonialgoritme, uurimaks ajuaktiivsuse mustrite ja erinevate tingimuste omavahelisi seoseid. (Mõtetelugemise meetod on hetkel kõige enam rakendust saanud fMRIs, kuid esimesed põnevad tulemused on juba ka EEGs, mis omakorda julgustab tehnoloogiat kasutama MEGs, mille signaal on kordades parem kui EEG oma.) Antud katses kasutati seda kavalat meetodit järgnevalt: Eelkatses näidati katseisikule korduvalt lühidalt ja õrnalt kas tähte X või tähte O, samal ajal mõõdeti ajuaktiivsust fMRI abil. Analüüsis näidati, et mõtetelugemismeetod suudab eristada, kumba tähte katseisikule esitati (tavaline fMRI analüüs seda ei suutnud). Nüüd kasutati aga X’i ja O klassifitseerimiseks saadud algoritme teise ülesande peal.

Teine ülesanne oli järgnev: katseisikule anti heli abil märku, kas järgnevas katsekorras tuleks oodata O’d või X’i; katsekord kestis 16 sekundit ja selle jooksul pidi katseisik tähelepanelikult jälgima, kas vastav eesmärkobjekt ilmub taustamüraga ekraanile või ei. Vahel eesmärkobjekt ka selle aja jooksul tõepoolest ilmus, vahel ilmusid koguni mõlemad tähed; vahel tähti ei ilmunud ja vahel ilmusid mingid muud tähed. Katseisik pidi pärast katsekorra lõppu ütlema, mitut eesmärktähte ta nägi. Selline katseparadigma võimaldaski hästi uurida protsesse, mis toimuvad stiimuli ootamise ajal, eelperioodi jooksul. Muidugi tuli jälle appi mõtetelugemismeetod – eelkatses treenitud klassifikatsioonialgoritme Xi ja O jaoks kasutati nüüd põhikatses ja uuriti just stiimuli ootamise aega ehk eelperioodi. Nii näidatigi, et eelperioodi ajal on aktiveeritud just heli poolt vihjatud tähele (kas X’i või O) vastav ajuaktiivsuse muster kõrgemates visuaalsetes ajupiirkondades. Oluline seejuures ongi see, et selle spetsiifilise ajuaktiivsuse mustri tekitas helivihje tõttu esile kutsutud ootusprotsess, kuna stiimulit ennast veel esitatud ei olnud. Lisaks suudeti kenasti demonstreerida, et kui katseisiku ajuaktiivsusmuster vastab paremini eelkatses saadud ajuvastustele, siis vastab katseisik korrektsemalt, kas X või O oli esitatud tähtede seas või mitte, seega on eelaktivatsioon käitumuslikult oluline. Kuna eesmärkobjektid olid õrnad tähed taustamüra sees, siis tähendab antud juhul korrektsem vastamine ka seda, et katseisik teadvustas eesmärktähti paremini, kui tema ajus oli eelperioodi jooksul tähele täpsemalt vastav aktiivsusmuster.

Mõni ütleb, et aju on Universumi kõige keerukam süsteem, seega ongi lausa naeruväärne arvata, et keskkonnast tulev sisendinfo määrab üheselt selle, milline on aju hetkeseisund. Kuna teadvustatud kujutis konstrueeritakse ajus, siis oleks lausa õigem öelda, et aju hetkeseisund määrab selle, millisena meid ümbritsev maailm meile teadvuses antud hetkel paistab. Seega ei ole ka imestada, et ajus toimuvad eelneval kogemusel põhinevad ennustusprotsessid, mis kujundavad meie teadvuse sisusid. Järgmiste aastate uuringud peavad näitama, kuidas hetkeline sisendinfo saab ajus seotud eelneva kogemuse poolt vormitud representatsioonidega ja kas see sidumisprotsess on või ei ole oluline teadvustamise jaoks. Kui on, siis leiavad ennustusprotsessid tähtsa koha teadvuseteaduses, sest sel juhul võimaldab õigete ajumustrite eelaktiveerimine sisendinfot kiiremini ja täpsemalt töödelda ja teadvustada.

Allikas: Stokes et al., in press, PNAS: Shape-specific preparatory activity mediates attention to targets in human visual cortex (vabalt kättesaadav kõigile)

  1. november 6, 2009, 11:43 e.l.

    Lisaks motoorsetele aladele võivad kõditunde vältimisel ennetavalt aktiveeruda reguleerijatena ka insula ja amügdala. Enda puudutuste suhtes oleme emotsionaalsemate elamuste (põnevus, hirm, kõdi jms.) osas tundetud võrreldes teiste inimeste puudutustega. Peaaegu kõik emotsioonides osalevad ajuosad peaks siis ka uurimise alla võtma. Sealt edasi ei oskaks palju. Peab hakkama mõistatama, milline neist esimesena aktiveerus ja kus kohast sellesse minevad ühendused seda põhjustasid.

  2. MargusM
    november 6, 2009, 4:53 p.l.

    “eelperioodi ajal on aktiveeritud just heli poolt vihjatud tähele (kas X’i või O) vastav ajuaktiivsuse muster kõrgemates visuaalsetes ajupiirkondades”
    .
    Kuidas kujutatakse ette helisignaali (X hääldus) tähenduse seostamist nägemistaju (X kahemõõtmeline kujund) tähendusega? Kas on selge kuidas helisignaali tajumine põhjustab nägemistaju piirkondade aktiivsuse?

  3. november 6, 2009, 5:24 p.l.

    MargusM “Kuidas kujutatakse ette helisignaali (X hääldus) tähenduse seostamist nägemistaju (X kahemõõtmeline kujund) tähendusega? Kas on selge kuidas helisignaali tajumine põhjustab nägemistaju piirkondade aktiivsuse?”

    Ei tea, aga kui keegi teine ei oska selgitada, kuidas kuulmine toob kaasa vaevutuntava nägemistaju, siis saaks pmc artiklitega järjest vaadata kuhu lähevad. Kui see ajakulu väärt oleks, mul hetkel mitte.

  4. jaanaru
    november 6, 2009, 6:19 p.l.

    Hei, Margus: Auditiivne ja visuaalne korteks on omavahel neuroanatoomiliselt üsna hästi seotud, nii et küsimus on isegi suureplaanilisem: kuidas tekivad ajus kiiresti õiged dünaamilised seosed? tegu on suuresti lahendamata küsimusega, aga üheks heaks vastusekandidaadiks ongi needsamad kurikuulsad sünkroonsusmehhanismid, mis võimaldavad samas rütmis võnkuvaid neuronipopulatsiooni ühtseks tegevusplaaniks siduda (aga jääb muidugi küsimus, kuidas õiged neuronipopulatsioonid välja valitud saavad jne). seda arutasime natuke ka siin : https://teadvus.wordpress.com/2009/08/23/vol-1-koordinatsioon-neuronipopulatsioonides/

  5. november 6, 2009, 6:29 p.l.

    jaanaru: “Auditiivne ja visuaalne korteks on omavahel neuroanatoomiliselt üsna hästi seotud, nii et küsimus on isegi suureplaanilisem: kuidas tekivad ajus kiiresti õiged dünaamilised seosed? tegu on suuresti lahendamata küsimusega, aga üheks heaks vastusekandidaadiks ongi needsamad kurikuulsad sünkroonsusmehhanismid, mis võimaldavad samas rütmis võnkuvaid neuronipopulatsiooni ühtseks tegevusplaaniks siduda (aga jääb muidugi küsimus, kuidas õiged neuronipopulatsioonid välja valitud saavad jne)”.

    Neurotransmitterite keemiline kontroll viib seda dünaamiliste seoste tegemist läbi. Eri ajuosade suhtlus, nii aktiveeriv kui inhibeeriv, käib neurotransmitterite abil. Kui teaks seda keemilist suhtlust siis teaksime palju rohkem sellest, miks ja kuidas ajus tegevusevoolud muutuvad.

  6. Jaan
    november 6, 2009, 6:43 p.l.

    Märt, pead vist pisut täpsustama, mida Sa sellega silmas pead. st kuidas “neurotransmitterite keemiline kontroll” Sinu arvates dünaamiliste seoste tekitamist läbi viib? (mõni konkreetne näide, ehk ka mõni viide oleks täitsa meeldiv)

  7. november 6, 2009, 7:59 p.l.

    Ilmsemad näited tunduvad see, kui dopamiini antagonistid aktiivsust ja mõttevoolusid vähendavad. Hippokampusest läbi käiv vool on suuresti alal hoitud nii NMDA, GABA kui atsetüülkoliini poolt. Oma saidil olen vist viidanud töödele nende retseptorite olulisusest.

  8. Jaan
    november 6, 2009, 8:11 p.l.

    see nüüd küll muidugi ei selgita, kuidas miljarditest neuronitest just need õiged omavahel dünaamiliselt seotakse. mulle vahel tundub, et Su postitusi ja blogi lugedes võib mitteteadjal jääda mulje, et ajuteadus on üks väga igav teemavaldkond, kuna kõik on nii selge ja enamus probleeme lahendatud. tegelikult, kui asju lähemalt vaadata, selgub, et me ei tea aju talituse kohta peale elementaarse neuroanatoomia ja neurofüsioloogia suurt midagi. näiteks tegelikult ei ole veel sugugi selge, kuidas ajus erinevaid neuronipopulatsioone omavahel dünaamiliselt millisekundite täpsusega seotakse, aga ka palju elementaarsemad küsimused on vastuseta (nt kuidas informatsiooni ajus talletatakse või mis on kood, mille abil ajus sõnumeid edastatakse).
    Millised küsimused Sind ennast ajuteaduses kõige rohkem huvitavad?

  9. november 6, 2009, 8:23 p.l.

    Ma kirjutan ainult seda pisikest osa mida ma tean. Praegu olen täielik amatöör aga õpin ja teen vigu. Mõtlesin et see on õppimis ja uurimissuund, mis võib kunagi anda hea ülevaate, miks need nii tegutsevad.

    Mis on teadvuseks vajalik puhtal kujul? Peaaegu ainus põhjus, miks neurobioloogia huvitab.

  10. Jaan
    november 6, 2009, 8:37 p.l.

    kui see küsimus huvitab, siis on tore, et vahel aega saad siia blogisse kiigata🙂 edu ja jaksu lugemisel ja mõtlemisel.

  11. MargusM
    november 7, 2009, 3:48 p.l.

    “aga ka palju elementaarsemad küsimused on vastuseta (nt kuidas informatsiooni ajus talletatakse või mis on kood, mille abil ajus sõnumeid edastatakse)”
    .
    Isegi näiliselt lihtne vastandvärvuste taju (sinine-kollane, punane-roheline) paistab olevat osaliselt ebaselge. Valgust tajuvate lühikeste koonuste jaotus on seaduspärane, kuid keskmiste ja pikkade jaotus näib olevat juhuslik, mis raskendab punase-rohelise selgelt eristamise võime mõistmist. Teadvuse küsimusega võrreldes peaks see olema lihtne tajuandurite tase.

  12. november 9, 2009, 4:57 p.l.

    Neurotransmitterid vabanevad neuronite tööl ja sekundi murdosaga suudavad need tavaliselt neurotransmitteri eritamisega naaberneuroneid aktiveerida või inhibeerida sõltuvalt rakus endas toodetud ainetest. Sellised rakud on tihti lähestikku teiste sama funktsiooniga rakkudega moodustades nii ajutuumasid või muid olulisi liikluse korraldajaid, mis sõltuvalt oma signaalmolekuli toodangust signaalide voolusid reguleerivad.

  13. jaanaru
    november 10, 2009, 10:05 e.l.

    “aktiveerida või inhibeerida sõltuvalt rakus endas toodetud ainetest” … täpsemalt sõltuvalt postsünaptilise neuroni retseptoritest (st neurotransmitter ise ei eruta ega pidurda midagi, vaid aktiveerib retseptorid, mille avanemise tõttu tekib postsünaptilises neuronis kas erutus või pidurdus)

  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