Esileht > ajuteadus, inimlikud postitused, noorele teadlasele > Isiklikke mõtteid M. Larkumi külaskäigu järel

Isiklikke mõtteid M. Larkumi külaskäigu järel

Aasta 2008 aprillis külastas Prof. Bachmanni laborit Lucia Melloni. Tollal olin lõpetamas oma õpinguid Berliinis ja olin juba teinud kaks EEG-eksperimenti T.Bachmanni laboris. Mind huvitasid gamma ostsillatsioonid, sünkroonsus ja nende seos teadvusega. Lucia külaskäigu jooksul õppisin palju uut ja see külaskäik kujundas ka mu elu, kui Lucia mind tol sügisel enda juurde doktorantuuri kutsus.

Viimase 5 aasta jooksul on palju muutunud selles, mida ma ise õigeks ja põnevaks pean. Tehes ise uurimistööd gamma ostsillatsioonide alal, märkasin peagi, et lood nendega polegi nii lihtsad, nad on ajust mõnusalt leitavad ainult teatud tingimustes ja isegi nendes tingimustes on gamma-rütmil teatud tüütud omadused, mis ei võimalda seda rütmi niisama lihtsalt kasutada informatsioonitöötluses. Ma endiselt nuputan, kuidas lõpetada analüüse kortikaalse sünkroonsuse ja teadvuse seostest, kuid pärast seda tahaks selle peatüki sulgeda.

Niisiis on ehk sümboolne, et uue peatüki alguses oli T. Bachmanni laboril taas külaline – seekord Matthew Larkum. Mind ennast on juba aastaid huvitanud kõige rohkem see, kuidas ajus toimuvad arvutuslikud protsessid võrgustiku tasemel. Selle võrgustiku tähtsaimad osad on korteks (suuraju koor) ja talamus, seega nimetatakse seda süsteemi ka talamokortikaalseks süsteemiks. Ja Matthew Larkumi tööd on andnud uusi vastuseid küsimusele, kuidas talamokortikaalses süsteemis toimuvad meie vaimsetele võimetele aluseks olevad neurobioloogilised protsessid. Selle etenduse peategelaseks on korteksi kuningas püramiidrakk. Kui 70% ajustruktuurist, mida seostatakse inimlike võimete ja intelligentsiga, moodustavad püramiidrakud, siis on asjalik arvata, et neil rakkudel on mingi oluline funktsioon. Ja Matthew Larkumi tööd on näidanud, et selleks funktsiooniks võib olla samaaegsuse signaliseerimine – samaaegselt erinevatesse korteksi kihtidesse saabuv sisend tekitab püramiidrakkudes kvalitatiivselt teistsuguse aktiivsusmustri. See mehhanism võimaldab võrrelda ja sõlmida keskkonnast saabuvat sisendit aju poolt ennustatuga.

Mehhanism on ilus, kuid palju küsimusi jääb. Mind huvitab, mis on selle mehhanismi reaalne mõju talamokortikaalses süsteemis. Eksperimentaalselt on seda lahkamist talamokortikaalse süsteemi tasemel praegu võimatu teha, seega tuleb sukelduda mudelitesse, mis võimaldavad uurida nende mehhanismide mõju simulatsioonides. On lootust, et TÜ uues arvutusliku ajuteaduse uurimisgrupis just seda ka tehakse. Millist mõju omab Larkumi poolt kirjeldatud mehhanism süsteemis, mis koosneb mitmetest erinevatest korteksi piirkondadest ja talamusest? Oleks naiivne arvata, et me suudame seda lihtsalt ette kujutada – ei, tuleb appi võtta mudeldamine.

Ma arvan ja loodan, et ka eksperimentaalpsühholoogid saavad oma sõna sekka öelda, mõeldes välja uusi käitumuslikke eksperimente, mille abil kas Larkumi pakutud ideid testida või siis neile vähemalt mingeid piiranguid seada. Ehkki ma olen aastate eest olnud vasikavaimustuses EEGst, leian ma nüüd, et üks hea ja originaalne käitumuslik eksperiment võib aju kohta öelda palju rohkem kui järjekordne EEG mõõtmine. Tuleb lihtsalt olla kaval ja teha head psühholoogiateadust. Aga kuidas leida need ennustused, mida Larkumi teooria teeb ja mida käitumuslike eksperimentide abil testida? Ma ei näe muud viisi, kui vaadata mudelite käitumist ja üritada selle põhjal neid kriitilisi eksperimente välja mõelda.

Kui tahame mõista aju, siis ei piisa ainult psühholoogiast või ainult informaatikast või ainult rakutaseme ajuteadusest – teadlane peab mingil määral valdama neid kõiki. 3 toredat päeva täis diskussioone Matthew Larkumiga sisendasid lootust, et me saame neid teadmisi erinevatest distsipliinidest kombineerida, et teha midagi uut ja huvitavat … ja ahhetamapanevat … siin Eestis.

  1. Bachmann
    juuni 22, 2013, 5:43 p.l.

    Märkasin oma kommentaari üle lugedes mitmeid otseteksti-vigu, mistõttu lisan parandatud teksti (paludes eelmise samasisulise välja võtta):
    Laborit on aastate jooksul külastanud mitmed prominentsed väliskolleegid nagu Eysenck, Revonsuo, Ilmoniemi, Melloni, Singer jmt, kuid Larkumi näol on ilmselt tegemist sellise külalisega, kes kõigi hulgas erineb selle poolest, et tema avastused ja uurimissuund on tähistatav väljendiga “Nobel track research”. Pole võimatu, et sellesuunaline töö päädib mingil hetkel teaduse prestiizhseima preemiaga (ehkki mõistagi pole garantiisid).
    Teadlased on teadagi egoistlikud tüübid ja seega tuleb küsida, milline oli siinkirjutaja huvi Matthew küllakutsumisel. Kindlasti on üheks põhjuseks oma labori (noorematele) inimestele tutvustada eesliiniteadust aladel, mis otseselt on seotud teadvuse, taju ja tähelepanuprobleemidega ning luua sellega seoses kontakte ja avada võimalusi. Samas on “egoism” lisaks “karjajuhi” motivatsioonile samas ka isiklik. MIlles see isiklikkus seisnes Matthew Larkumi puhul?
    Aastatel 1987-1999 arendasin välja teadvustatud taju kontseptsiooni, mis seletas ühtse teooria alusel kümmekond erinevat tajuefekti ning rakendatuna maskeerimisele pakkus ka kvantitatiivse mudeli, mis ennustas hästi käitumuslikke maskeerimistulemusi. Selle mudeli eripäraks oli lähtumine ajukoore püramiidneuroni aktiivsuse modulatsioonist talaamiliste presünaptiliste sisendite poolt. Seega kui enamasti vaadeldakse närvivõrgustikke, siis minu mudeli keskmes oli olulise ja tüüpilise närviraku tase, mis on mudeli tuumaks ja mille käitumine ajas (EPSPd ning nendele saabuvad sisendid spetsiifilistest ja mittespetsiifilistest juhteteedest) seoses nähtava stiimuli põhjustatud EPSP muutuste ja laenglemisega annab üllatavalt mõistliku pildi sellest, kuidas kogu süsteem võiks käituda sihtstiimulite teadvustatud taju tagamisel. Sellel mudelil aga olid mitmed omadused, mis kolleegidel tekitasid küsimusi või otsest skepsist. Üheks selliseks oli modeleerimisel enamasti kasutatava mudelneuroni EPSP kiire kustumine; teiseks see, et EPSP tase kiiresti langeb dendriidi presünaptilise sisendi suhtes EPSP mõõtmise koha kaugenedes. Seega apikaalsete presünaptiliste sisendite ja raku-somaatiliste sisendite interaktsioon on problemaatiline (eriti arvestades kui vähe on moduleerivaid sisendeid). Need probleemid tulid arutusele ka kirjavahetuses Francis Crickiga, kes, olles lugenud minu 1994. a. raamatut, saatis kirja küsimustega. Paljud asjad jäidki õhku rippuma. Nüüd, tutvudes Larkumi publikatsioonidega (ja olles vahepeal läinud vana mudeli juurest võrgustiku modeleerimisele koostöös Toomas Kirt’iga) taastekis entusiasm üksikraku omadustest lähtuvalt teadvustatud taju modeleerida. Larkumi andmed sellest, kuidas naatriumi-ioonide vahendatud somaatiliselt käivitatud (eelkõige spetsiifiline) membraanipotentsiaali muutus ning kaltsiumiioonide vahendatud apikaalselt käivitatud membraanipotentsiaali muutus juhul, kui nad enam-vähem korraga tekivad põhjustab platoolaadse EPSP koos raku laenglemispuhanguga andis selleks aluse. (Eraldi kummagi sisendi mõju on tunduvalt väiksem.) Sellise koosmõju fakt koos laenglemisläve-lähedase EPSP tunduvalt suurema ajalise kestusega taastas hetkega usu vana mudeli kasulikkusesse. (Ka Matthew mainis mulle mingil hetkel, et “üllatav, et sa sellise EPSP mudeli juba 1997.a. artiklis avaldasid”.) So far so good, aga üks lahendamata probleem Larkumi mehhanismi töö lahtimõtestamisel on see: me ei tea, kust tulevad apikaalsed presünaptilised sisendid, mis selle nn BAC-mehhanismi (vt Larkumi artiklid) käivitavad. Matthew ise eelkõige näib olevat arvanud, et see on ajukoore kõrgem tase SPETSIIFILISTE stiimuli omaduste esindamiseks ning ootuse ja kontekstipõhise “järelepärimise” esitamiseks madalama taseme püramiidrakkudele. Aga ta pole näidanud, kas tegemist pole mitte mittespetsiifilise talamokortikaalse mõjuga või mõlemaga — nii spetsiifilise ülalt-alla mõjuga tunnuste sõlmimise kaudu tajupilt luua kui ka mittespetsiifilise modulatsiooniga. Ka minu küsimustele selles osas jäi ta valdavalt võlgu, siiski tunnistades, et minu soovitus ühena esimestest see küsimus lahendada on mõistlik.
    Aga pikkades aruteludes kerkis muidugi palju teisigi küsimusi, sj ideid võimalikuks koostööks järgneval perioodil.

  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