Mudeli abiga ajust tajuni

Aju mõistmine vajab meie kõigi nutikust ja erinevate teadmiste ja oskuste kombineerimist. Kahjuks enamasti istuvad erinevad teadlased eraldi oma liistude otsas ja nohisevad vaikselt oma isiklike projektide kallal. Järgnev kirjeldus on naljaga pooleks karikatuur:

Mudeldaja üritab ajust luua mudeleid ja ehkki alguses oli eesmärk üllas – mõista aju! – hakkab see vaikselt hajuma, sest mudeldaja ei suhtle nendega, kes koguvad andmeid aju ja taju kohta ja seega jääb ehitama simulatsiooni, mis “oleks kaunis” ja mis “töötaks nagu mulle ja mu pealikule meeldib”, kuid millel on üha vähem seost aju ja tajuga.

Ajuteadlane kaevab ajus. Kaevab andmeid. Mõõdab ühtpidi ja teistpidi, sügab kukalt, mõõdab ajust. Teda huvitab aju, aga taju eriti ei köida ja mudeldajad on tema jaoks “pika patsiga nohikud”. Nii vaatab ta oma andmeid, avastab viise, kuidas neid analüüsida, tuleb suurepäraste mõõtude peale nagu cross-frequecy coupling ja on väga kurb, kui keegi kirjanduses ütleb, et see mõõt on ju jura ja artefakt.

Psühhofüüsik (eksperimentaalpsühholoog) paneb oma katseisikuid tundideks arvutiekraani ette, kus nad vahivad väikseid kriipsukesi ja punktikesi ja üritavad midagi nende kriipsukeste ja punktikeste kohta vastata. Psühhofüüsika huvilist paelub taju, aga mõnel neist on täitsa ükskõik, mis toimub ajus. Nõnda, aju ignoreerides, võivad nad luua teooriaid taju töö kohta, mis on sellest, kuidas meie kõigi taju tegelikult töötab, üsna kauged.

Võib vist arvata, et mind ennast köidab just taoline uurimistöö, kus kõik eelnimetatud karikatuurid ühendatakse – psühhofüüsika abil on võimalik näidata mõnda uut tajufenomeni, ajuteaduse abil saab otsida selle fenomeni aluseid ajust ja mudeli abil saab näidata, kuidas ja miks aju ja taju omavahel nõndamoodi seotud on.

Palju sellist uurimistööd tehtud ei ole, aga üks hea näide ilmub peagi Nature Neuroscience’i veergudel. Michel ja kolleegid kombineerivad need kolm lähenemist (psühhofüüsika, ajukuvamine ja mudeldamine), et uurida üht uut ja nupukat tajufenomeni.

Tavalugejale võib see tajufenomen esmapilgul tunduda iseenesest väga üsna igav: kui esitada üsna väiksena (väikse visuaalse nurga all) ringi kujuline Gabori kujutis, siis selgub, et katseisikud tajuvad kogu kujutist pikendatuna tema joonte pikemas suunas. (PS: psühhofüüsikud meie seas, kas tõepoolest keegi pole midagi taolist varem näidanud? Võib olla, et antud ajuteadlaste rühm ei osanud piisavalt otsida.)

Aga miks peaks see nii olema? Kummaline ju, et objekt, mis on arvutiekraanil ringikujuline, näib meile olevat pigem ellips. Kuidas meie taju nõnda eksib? Põhjusi tuleb otsida ajust. Selgub, et esmase visuaalse korteksi retseptiivväljad (visuaalse välja piirkond, mis antud neuronit huvitab) ise pole sümmeetrilised, vaid natuke välja venitatud selles suunas, millise suunaga on neuroni meelisorientatsioon (esmase visuaalse korteksi neuronitele meeldivad erinevad orientatsioonid, mõnd paneb tulisklema vertikaalne kriips, mõnd horisontaalne kriips). Seda, et see väike väljavenitus teatud stiimulite puhul viib taju illusoorse venitamiseni, on võimalik veenvamalt näidata esmase visuaalse korteksi simuleerimise abil.

Isegi pelgalt mudeli ja psühhofüüsika kombineerimine oleks selle artikli heaks teinud, aga kuna töö tuleb Eyal Seidemanni laborist, said teadlased lisada veel tüki väga head ajuteadust: nimelt on see grupp tunnustatud pingetundliku värvaine kuvamises ja nad tegid seda, mida nad teevad kõige paremini: ajuteadust. Autorid näitasid, et nende väikeste Gabori kujutiste puhul on ka ahvide ajust mõõdetav neuronipopulatsiooni aktiivsus natuke väljavenitatud kujuga, just nagu mudel ennustas ja nagu psühhofüüsika katsed kinnitasid.

Kogu selle töö teeb ilusaks asjaolu, et mudeli ennustuste kohaselt peaks see visuaalne illusioon ilmnema ainult teatud visuaalse stiimuli parameetrite korral – näiteks kui suurendada stiimuli võre ruumilist sagedust, peaks illusioon vähenema. Seda näitab mudel, kuid toredal kombel kinnitavad seda nii mõõtmised ajust, kus populatsioonivastuse venitatus väheneb, kui ka katseisikute taju, kus visuaalse illusioon tuleb vähem esile.

Kunagi kirjutasime Toomas Kirdiga aju mudeldamisest artikli Horisonti. Seda saab nüüd täiel määral Horisondist lugeda (ehkki kaunid pildid on endiselt ainult ajakirjas või pdfis). Sinna sai kirjutatud: “Näiteks kui visuaalse illusiooni selgitamiseks loodud mudelist järeldub, et teatud ajalistes tingimustes peaks illusioon kaduma, siis saab seda kontrollida, lahkudes arvuti tagant ja minnes laborisse, kus saab panna katseisikud silmitsi selle visuaalse illusiooni ja mudeli ennustatud ajaliste parameetritega. Kui käitumuslikus katses selgub, et mudeli ennustus oli õige, toetab see mudeli adekvaatsust. ” Melchi jt katse täidab need kriteeriumid ja veel enamgi, kuna vahepealse sammuna tehti ka häid mõõtmiseid ajust.

Kui keegi soovib head näidet sellest, kuidas tänapäeval ajuteadust teha võiks ja tegema peaks, siis Melchi jt töö võiks eeskujuks olla küll. Kui meid huvitab, kuidas meie taju töötab või mis on teadvus, siis tasub ise ka üritada teha just sellist uurimistööd, mis seob aju tajuga läbi mudeli.

Melchi, M jt (trükis) An illusion predicted by V1 population activity implicates cortical topography in shape perception. Nature Neuroscience.

  1. Endel
    september 21, 2013, 6:06 p.l.

    Ma tean Helmholtzi illusiooni suuremate objektidega, mis on täpselt vastupidine: asi paistab kriipsudega risti olevas suunas pikem. Aga moetädid arvavad millegipärast nii nagu Michel, et pikitriibuline paistab pikem (või peenem).
    Töö paistab tõesti tehniliselt väga hästi tehtud, võib-olla isegi üleliia hästi. Kas oli vaja nii põhjalikku uurimist, et leida ühele väikesele illusioonikesele suhteliselt triviaalne seletus?

  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