Esileht > ajuteadus, huvitavad artiklid, tehislik teadvus > Huvitavad artiklid: faktidest teooria ja mudelini

Huvitavad artiklid: faktidest teooria ja mudelini

Tahaks teada, kuidas aju töötab. Tahaks ka teada, mida see küsimus „kuidas aju töötab“ üldse tähendab ja kas sellele üldse on mingi mõistlik vastus. Kui piinamas on sellised küsimused, siis mida peale hakata – teha eksperimente? Luua teooria? Rünnata küsimusi adekvaatse mudeliga? Õige vastus on, et tuleb teha natuke seda kõike. Ja kui tegu on väikese mehega, kes ise suurt teha ei jaksa, siis tuleb vähemalt jälgida seda, mida teised teevad.

Uued faktid – Barry Connorsi laboris on lõpuks ette võtnud see, millest ma juba paar aastat olen unistanud. Nimelt on need teadlased (ja kuuldavasti ka teised mujal) jõudnud selleni, et nad optogeneetiliste meetodite abil aktiveerivad selektiivselt taalamuse maatriks-rakke. On ammu arvatud, et taalamuses on kahte tüüpi rakutuumasid – spetsiifilisi ja mittespetsiifilisi –, kuid Ted Jonesi dekaadidepikkune töö näitas, et targem oleks kirjeldada „core“ ja „matrix“ tüüpi rakke (spetsiifilistes tuumades on lihtsalt suures enamuses „core“ rakud, mittespetsiifilistes „matrix“ rakud). Taalamus on aju keskel, sobival kohal dirigeerimaks korteksi neuronipataljonide marssi. Ja just maatriks-rakkudele on pakutud sellist huvitavat integreerivat-dirigeerivat funktsiooni (Ted Jones, Rodolfo Llinas, Stephen Grossberg) – need rakud võiksid omada keskset rolli talamokortikaalse teadvusesüsteemi dünaamilises koordineerimises. Hoolimata nende rakkude potentsiaalsest olulisusest aju töös, teame me aga üsna vähe maatriks-rakkude selektiivse mõju kohta korteksis. Optogeneetilised meetodid – teatud rakutüüpide selektiivne aktiveerimine valgussignaali abil – täidavad selle lünga peagi. Barry Connorsi laboris läbi viidud uurimistöö, mis nägi ilmavalgust eelmise nädala J Neuroscience’i numbris, on loodetavasti vaid esimene töö paljudest, mis võimaldavad meil paari aasta pärast juba palju täpsemalt kirjeldada maatriks-rakkude poolt kontrollitavaid informatsiooni-integratsiooni protsesse ajus. Juba praegune töö tõi mitu üllatavat tulemust – maatriks-rakkude mõju ei pruugi sugugi olla mitte ainult moduleeriv, nagu on välja pakutud, vaid nad võivad ka juhtida korteksi püramidaalrakkude tulisklemist ja seda eelkõige kontrollides pidurdavaid vaheneuroneid. Selliseid empiirilisi fakte peame arvestama, kui loome oma teooriaid.

Teoreetilised tuuled – Andre Bastos on väga hoogne ja väga valju häälega brasiillane, kes võtab ujumispükste asemel kaasa ananassi, laimi ja muud vajalikud vahendid, et valmistada brasiilliapäraseid kokteile. Aga nutti tal on. Ja eelkõige on tal oskust võtta kõik hetkel populaarsed uurimisvaldkonnad ja nad kokku segada, just nagu oma kokteilis, ainult et tulemus pole mitte joodav, vaid avaldatav kõrges ajakirjas. Seekord segaski Andre kokku ideed sellest, et aju üks peamisi funktsioone on pidevalt keskkonnas toimuvat ennustada, et korteksis on niiöelda kanooniline (pidevalt korduv) mikrovõrgustiku struktuur ja et edaspidised ja tagasisidestatud ühendused kasutavad informatsiooniedastuseks erinevaid sagedusi. Kokku tuli väärt Neuroni artikkel, mis tänu oma eklektilisele kõikehaaravusele saab ilmselt peagi tsiteerimisklassikuks. Seega saab see artikkel sama populaarseks kui ta kokteilid – teooria on huvitav, suuri ideid ühendav ja kiiresti tähelepanu tõmbav nagu autor ise. Teooria selgitab, kuidas mälu-põhised ennustusprotsessid toimuvad kanoonilises korteksi võrgustikus ja on väärt testimist vastava taseme mudelites.

Uudiseid mudelimaastikult – viimastel aastatel on üritatud luua üha suuremaid mudeleid, mis vastaksid üha täpsemalt aju ehitusele ja tööprintsiipidele. Seega tuleb üsna värskendavalt Chris Eliasmithi ja teiste mudel, mis vaatab pisut mööda nendest täpsetest detailidest ja üritab luua süsteemi, mis oleks sama funktsionaalne nagu aju – mis suudaks lahendada erinevaid ülesandeid. Muidugi ei ole nende mudel päris nii võimekas kui aju, kuid see, mis nad oma üsna lihtsa 2.5 miljoni mudelneuroni abil saavutavad, on üsna hämmastav ja maandus seetõttu täiesti ärateenitult ajakirjas Science. Mudel Spaun suudab täita kaheksat ülesannet, mida saab vaadata Spauni kodulehelt (kodulehe tegid talle siiski teadlased, mitte Spaun ise), ja saab hakkama pea samahästi kui inimestest katseisikud. Spaunist on mitu head tutvustavat artiklit, isegi eesti keeles, nii et klikkige ja uurige! Minu jaoks on tore just Eliasmithi jt lähenemine – ei üritata mitte minna detailsemaks ja bioloogiliselt realistlikumaks, vaid eesmärgiks on ainult funktsionaalsuse saavutamine. Peab märkima, et Spauni arhitektuurilised printiibid (piirkonnad ja nende ühendused) on siiski võrreldavad inimajuga, mis teeb asja veelgi huvitavamaks, sest nii saab Spauni abil uurida ka mõne vaimse häire neurobioloogilisi korrelaate hoopis teisel tasemel, kui see varem võimalik oli. Aga isegi Spaunil on veel pikk tee minna – praegu ta ei suuda õppida midagi uut ja seega tema repertuaar piirdubki nende 8 ülesandega. See on tubli, aga mina oskan hetkel veel paar tükki rohkem! Video on sellegi poolest kaunis:

  1. ökul
    detsember 13, 2012, 5:15 p.l.

    Jaan, tänud mitme hiljutise võtmieartikli kokkuvõtmise eest! Mul on mõned kommentaarid. 1. “Hoolimata nende rakkude potentsiaalsest olulisusest aju töös, teame me aga üsna vähe maatriks-rakkude selektiivse mõju kohta korteksis”. Siia oleks ehk mõttekas lisada täpsustus/täiendus, et selektiivne ja neuronaalsel tasemel välja toodud mõju mõnele spetsiifilise süsteemi all-lülile ei pea tähendama, et see mõjuallikas (nt maatriksrakk taalamuses) is spetsiifiliseks muutub — selles mõttes, et ta jääb ikkagi sisu edasikandmise osas mittespetsiifilisels, ehkki on selektiivne ja spetsiifilise kooreneuroni mõjutamise kaudu mõjutab ka spetsiifilisi sisu vahendavaid protsesse. See kommentaar on ehk oluline, et vmõnda lugejate vääritimõistmist ennetada. 2. Samast motiivist kantuna: “Juba praegune töö tõi mitu üllatavat tulemust – maatriks-rakkude mõju ei pruugi sugugi olla mitte ainult moduleeriv, nagu on välja pakutud, vaid nad võivad ka juhtida korteksi püramidaalrakkude tulisklemist “. See ei pea panema arvama, et moduleeriva funktsiooniga subkortikaalne rakk ei mõjuta laenglemist. Laenglemistõenäosus ja -sagedus sõltuvad ka moduleeriva presünaptilise mõju rakendamisest ajas ja “membraaniruumis”. 3. Selleks, et üks üsna üldine mudel kümmetkonda nähtust seletada suudaks ei pea ilmtingimata olema mõned miljonid mudelrakud. Piisab ka kümnekonnast neurobioloogiliselt realistlikust mudelrakust neurobioloogiliselt realistlikus võrgustikus, et tosinkonda erinevat käitumuslikku ja kognitiivset fenomeni ühe mudeli abil modelleerida. (Eriti veel siis, kui need eraldi mudelrakud käituvad sarnaselt igaühele sadadest tuhandetest sama allsüsteemi rakkudest.)

  2. jaanaru
    detsember 13, 2012, 6:10 p.l.

    Aitäh, et võtsid aega täiendada mu üsna lakoonilist kirjeldust. Spauni eelis on muidugi see, et ta mitte ei selgita põhimõtteliselt, kuidas asjad toimida võiksid, vaid ta tõesti reaalselt teeb neid ülesandeid, stiimulist väljundini, kusjuures nii stiimul kui ka väljund on keerulisemad kui tavaliselt. Soovitan kindlasti lähemalt vaadata.

  3. jaanaru
    detsember 19, 2012, 6:23 e.l.

    Mittespetsiiflise taalamuse rollist teadvusseisundi alalhoidmisel on ilmumas ka see väga väärt artikkel: http://journals.lww.com/anesthesiology/Abstract/onlinefirst/Differential_Effects_of_Deep_Sedation_with.98611.aspx

  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