Esileht > aju ja teadvus, ajuteadus, teadvuseteadus > Doktoritöö kokkuvõte

Doktoritöö kokkuvõte

Eesti Teadusagentuur koostöös Haridus- ja Teadusministeeriumiga viisid läbi üliõpilaste teadustööde konkursi, hindasid töid ja on nüüd välja kuulutanud võitjad. Palju õnne kõigile! Minu töö sel konkursil küll tunnustust ei leidnud, kuid valmis ta on, sisse ta on antud ja mind enam ei häiri (TÄIENDUS, aprill 2014: mu töö vist siiski ei läinudki konkursile, kuna ta polnud esitamise ajal veel kaitstud). Konkursi jaoks sai doktoritöö lühidalt kokku võetud järgnevalt:

Miks kuuma pliidiraua puudutamine tekitab valutunde? Kuidas sünnib aju masinavärgi tööst tunne olla keegi? Küsimus sellest, mis on teadvus, on üks tänapäeva teaduse suurimaid väljakutseid, paljude arvates isegi viimane suur lahendamata mõistatus. Kuidas saab materiaalne aju olla seotud subjektiivse teadvuselamusega? Kuidas ajurakkude särina tulemusena tekib „mina“? Tuleb uurida teadvust, kui tahame mõista seda, kes me oleme ja miks me oleme just sellised, nagu me oleme.

Kuidas jõuda lähemale teadvuse probleemi lahendamisele? DNA struktuuri kindlaksmääramise eest Nobeli auhinnaga pärjatud Francis Crick pakkus juba 1990ndate alguses välja, et esimese sammuna peaksime otsima teadvuse neuronaalseid korrelaate (TNK). TNK all mõistetakse minimaalselt piisavat ajuprotsesside kogumit, mis on seotud mingi kindla teadvuselamusega – näiteks kuuma pliidiraua puudutamisel kogetav valu või mustikamaitse oleks seotud vastava TNKga, mille (tehislik või loomulik) käivitamine viib kas valutunde või mustikamaitseni.

TNKde leidmiseks soovitasid Crick ja kolleegid (nt Crick ja Koch, 1990) rakendada järgnevat metoodikat: 1) kasutada nö kontrastiivanalüüsi ehk katseparadigmasid, kus katseisik vahel teadvustab mingit sihtobjekti ja vahel mitte (näiteks kui sähvatada helehallikat kontuuri 10 millisekundiks heledal taustal, näeb katseisik seda objekti vaid umbes pooltel katsekordadel); 2) lasta katseisikul igal katsekorral teavitada, kas ta teadvustas sihtobjekti või mitte; 3) mõõta selle katse ajal ajuaktiivsust (näiteks elektroentsefalograafia abil) ja 4) võrrelda ajuaktiivsuse mustreid juhtudel, kus katseisik teadvustas sihtobjekti, nende ajuaktiivsuse mustritega, mis kutsuti esile siis, kui katseisik seda sama sihtobjekti ei teadvustanud. Kontrastiivanalüüsi tulemus ehk nende kahe tingimuse vahel olev erinevus ajuaktiivsuses peakski olema vastava sihtobjekti TNK.

Hoolimata sellest, et need sammud tunduvad üsna ilmselged ja loogilised, on viimase kahe aastakümne uurimistöö andnud vasturääkivaid tulemusi ja nendel tulemustel põhinevad teadvuseteooriad võivad vahel olla lausa risti vastupidised. Näiteks näitavad mõned teadustööd ja väidavad mõned teooriad, et sensoorses ajukoores toimuvad ajuprotsessid on meie tajuliste teadvuselamuste allikaks (nt Fisch jt., 2009). Samas teised tööd ja teooriad viitavad sellele, et kõik sensoorses ajukoores toimuv on teadvusväline (nt Dehaene jt., 2006). Selliseid näiliselt lihtsaid vaidlusi on teisigi. Üldplaanis võib öelda, et ehkki paljud nutikad teadlased teevad iseenesest lihtsa põhimõttega uurimistööd, pole see viinud üksmeeleni TNKde suhtes. Miks see on nii?

Oma doktoritöös väidan, et tavaline kontrastiivanalüüs ei võimalda leida TNKsid. Võrreldes katsekordi, kus katseisik mingit eesmärkobjekti teadvustab, nende katsekordadega, kus ta seda eesmärkobjekti ei teadvusta, ei anna meile (võrdluse) tulemusena mitte ainult teadvuse neuronaalseid korrelaate, vaid ka protsesse, mis eelnevad või järgnevad teadvuselamusele. Doktoritöö teises peatükis ja vastavas teadusartiklis (Aru jt., 2012a) lahatakse seda probleemi pikemalt, tuuakse mitmeid näiteid probleemi olemusest ja üritatakse viimaste aastakümnete teadustöid selle probleemi valguses vaadelda. Niimoodi kriitiliselt mõeldes selgub, et eelnevad katsetulemused ehk ei olegi palju teadvuse neuronaalsete aluste kohta teada andnud, vaid peegeldavad pigem just neid eel- ja järelprotsesse. See ei tohiks aga morjendada, vaid peaks innustama otsima uusi eksperimentaalseid katseideid, mille abil TNKdele lähemale jõuda.

Sellest teesist lähtudes kavandasin oma doktoritöös uudse eksperimentaalse katseparadigma, kus teadvustamist mõjutasid korraga kaks erinevat eelprotsessi: sensoorse sisendi tugevus ja eelnev kogemus. Et teadvustamist saaks mõjutada, olid eesmärkobjektid paigaldatud müravälja. Põhjalikes käitumuslikes katsetes näitasime, et mõlemad, nii sensoorse sisendi tugevus kui ka eelnev kogemus tõepoolest mõjutavad teadvustamist. Nagu arvata võib, nägid katseisikud eesmärkobjekti tihedamini ja paremini, kui sensoorset sisendit oli rohkem (segav müra oli nõrgem); samuti ootuspäraselt nägid katseisikud eesmärkobjekti tihedamini ja paremini, kui neil oli eesmärkobjekti kohta eelnev kogemus (nad olid seda eesmärkobjekti juba varem näinud). Niisiis, teadvuselamus muutus kahe erineva eelprotsessi tagajärjel sarnaselt.

Rakendasime seda katseparadigmat, testimaks kahte hüpoteesi, mis on viimaste aastakümnete jooksul teadvuse neurobioloogiliste mehhanismide kohta püstitatud. Meie poolt läbi viidud testi põhiidee oli järgnev: kuna mõlemad eelprotsessid lihtsustavad teadvustamist, peaksid eesmärkobjekti teadvuselamuse korrelaadid (TNKd) olema samad, hoolimata sellest, kuidas see eesmärkobjekt teadvusesse jõudis. Kuna eelprotsessid on erinevad (sensoorne sisend ja eelnev kogemus), aga teadvuselamus on sama, siis saame küsida, kas TNK kandidaat käitub nagu eelprotsessid (on tingimuste kaupa erinevad) või nagu teadvuselamus (on mõlema eelprotsessi korral sama)? Kui väljapakutud TNK kandidaat muutub nende kahe eelprotsessi tulemusena erinevalt, siis ei saa ta tegelikkuses olla teadvuselamuse vahetu neurobioloogiline korrelaat.

Esimene hüpotees, mida testisime doktoritöö kolmandas peatükis, väidab, et teadvuse neuronaalseks aluseks on sensoorses korteksis toimuvad gammavastused (ehk umbes 50-150 Hz vahele jääva sagedusega aktiivsuspuhangud; nt Fisch jt., 2009). Selle hüpoteesi uurimiseks oma testiga analüüsisime katseandmeid, kus aju elektrilist aktiivsust mõõtvad elektroodid olid paigaldatud otse inimeste ajukoorele. Erinevalt peanahalt mõõdetavatest elektripotentsiaalidest on sellised koljusisesed signaalid täpsed nii ajas kui ka ruumis ning võimaldavad uurida ka neid aktiivsusmustreid, mida peanahal asuvatelt elektroodidelt ei näegi. Testi tulemus oli ühene: ehkki teadvuselamus oli mõjutatud nii sensoorse sisendi tugevuse kui ka eelneva kogemuse poolt, olid gammavastused mõjutatud ainult sensoorse sisendi tugevuse poolt. Eelneva kogemuse lisamine küll tõstis eesmärkobjektide teadvustamist, kuid ei muutnud lokaalseid gammavastuseid. Niisiis, selle testi kohaselt ei ole lokaalsed gammavastused teadvuselamuse vahetuks korrelaadiks (Aru jt., 2012b).

Doktoritöö neljandas peatükis testisime hüpoteesi, et TNKks on erinevate ajupiirkondade omavaheline koordinatsioon läbi ajalise sünkroonsuse (Engel jt., 1999). Seda hüpoteesi testisime magnetentsefalograafia (MEG) andmetega. Et saada aimdust ajupiirkondade omavahelisest sünkroonsusest, tuli MEG andmed esiteks teisendada aju allikaruumi ja seejärel uurida sünkroonsust nende allikate vahel. Antud töös kasutasime mitmeid erinevaid meetodeid, et kõrgedimensioonilisest otsinguruumist leida statistiliselt olulisi sünkroonsusmustreid. Meie tulemused ei toetanud hüpoteesi, et sünkroonsus on teadvuse neuronaalne alusmehhanism: sünkroonsus oli mõjutatud vaid eelneva kogemuse, kuid mitte sensoorse sisendi tugevuse poolt, ehkki mõlemad eelprotsessid mõjutasid teadvustamist.

Minu doktoritöö üheks eesmärgiks oli uurida, miks senised teadvuse neuronaalsete aluste uuringud ei ole viinud üksmeeleni TNKde olemuse suhtes. Oma doktoritöös väitsin, et peamiseks põhjuseks on teadvuseuuringute alusmeetodi – nö kontrastiivanalüüsi – ebatäpsus: see meetod ei anna tulemuseks sugugi mitte ainult TNKsid, vaid ka protsesse, mis eelnevad ja järgnevad neile. Käesoleva doktoritöö üks läbivaid mõtteid on, et tutvustatud metodoloogilise probleemi lahenduseks on tarvis uusi katseparadigmasid. Sellest üleskutsest lähtuvalt kavandasin ühe uue eksperimentaalse katseparadigma, mis peaks aitama sammukese TNKde avastamise poole. Kirjeldatud katseparadigma abil testisime edukalt kahte hüpoteesi TNK olemuse kohta. Loodan väga, et minu töö inspireerib kaasteadlasi hülgama tavalise kontrastiivanalüüsi ja läbi viima katseid, mis võimaldavad meil teadvuse mõistatuse lahendamisele lähemale nihkuda.

Viited:
Aru, J., jt. (2012a). Distilling the neural correlates of consciousness. Neurosci Biobehav Rev, 36(2), 737-746.
Aru, J., jt. (2012b). Local category-specific gamma band responses in the visual cortex do not reflect conscious perception. J Neurosci, 32(43), 14909-14914.
Crick, F., & Koch, C. (1990). Toward a neurobiological theory of consciousness. Seminars in Neurosciences, 2, 263-275.
Dehaene, S., jt. (2006). Conscious, preconscious, and subliminal processing: a testable taxonomy. Trends Cogn Sci, 10(5), 204-211.
Engel, A. K., jt. (1999). Temporal binding, binocular rivalry, and consciousness. Conscious Cogn, 8(2), 128-151.
Fisch, L., jt. (2009). Neural “ignition”: enhanced activation linked to perceptual awareness in human ventral stream visual cortex. Neuron, 64(4), 562-574.

  1. Endel
    detsember 19, 2013, 6:15 p.l.

    Võimalik, et ma olen sellest juba natuke rääkinud. Mulle tundub, et kui sa juba hakkasid seda korrelaatide skeemi harutama, siis võiks sellega kaugemale minna ja vaadata, millistel eeldustel see põhineb ja mida sellega katsetamine üldse võiks näidata. See paistab olevat mingi süsteem latentsete ja nähtavate muutujatega. Ilmselt eeldatakse midagi mõnede ajaliste ja põhjuslike seoste kohta. Kas need eeldused on põhjendatud, millised alternatiivid on võimalikud, milline näeks välja „ideaalne“ katse ja mida sellest võiks järeldada, milliseid hüpoteese on võimalik eristada ja milliseid mitte, mis asi see „teadvus“ selles mudelis on jne. Kas sellised probleemid tunduvad liiga abstraktsed või mõttetud?

  2. jaanaru
    jaanuar 1, 2014, 12:28 p.l.

    probleemid on õiged ja adekvaatsed, lihtsalt häid ideid on vähe olnud nagu ma ka oma uue-aasta postituses kirjeldan ( https://teadvus.wordpress.com/2014/01/01/uus-aasta-uued-motted/ )

  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