Avatud meelega

Olen viimased nädalad olnud sunnitud kirjatööd tegema vasaku käega, seega pole imestada, et siin ajaveebis veerevad ringi vaid heinapallid! Ega ma tänagi pikalt ei kirjuta, aga viitan sellele, mida teised on kirjutanud.

Nimelt on Thomas Metzinger ja Jennifer Windt kokku pannud väga muljetavaldava artikliseeria teadvuseuuringute jaoks kesksetel teemadel. Kogumik OPEN MIND sisaldab 1545 (!!) lehekülge tihedat teksti, kusjuures autoriteks on nii oma ala parimad (Block, Singer, Lamme, Haynes ..) kui ka noorteadlased, kes gurude artikleid kommenteerivad. Formaadiks on põhiartikkel, sellele järgnev pisut kriitiline ja mõtisklev kommentaar ja siis põhiartikli autori vastus. Suurepärane kogumik! Lugege või sirvige kõiki tükke, aga järgnevalt paar nopet:

John-Dylan Haynes on üks neist, kes tõi niiöelda mõtetelugemismeetodid ajuteadusesse. Ta on neid meetodeid korduvalt kasutanud teadvuseteaduse hüvanguks. Oma artiklis võtab ta kokku mõned hiljutised katsed lugeda välja katseisikute teadvuse sisu prefrontaalsest korteksist. See küsimusepüstitus on oluline, sest globaalse tööruumi teooria väidab, et prefrontaalne korteks on vahetult seotud teadvuselamusega. Haynes aga näitab, et sealt pole võimalik välja lugeda teavet selle kohta, mida täpselt katseisik parajasti näeb või mõtleb. Seega on see korralik (ja väga teretulnud) kaigas globaalse tööruumi teooria kodaratesse. Haynesi kirjatükki kommenteerib mu doktorantuurikaaslane Caspar, kelle põhisõnumeid on kaks: 1) mõtetelugemismeetodid ei pruugi olla piisavalt tundlikud, et prefrontaalsest korteksist leida vahetut teavet teadvuselamuse kohta; 2) teadvus võib põhineda erinevate ajupiirkondade neuronipopulatsioonide omavahelisel sünkroonsusel. Haynes vastab mõlemale punktile ja märgib, et pole head tõendusmaterjali selle kohta, et sünkroniseerimismustrid kannaksid otsest teavet teadvuselamuse kohta (st et sünkroniseerimismustritest oleks võimalik välja lugeda, mida katseisik parajasti teadvustab).

Lamme jahub ikka meeleldi oma teooriast, millest ma pikalt pajatama ei hakka. Tema artiklist koorub aga ka oluline ennustus: teadvustamata töötlus ei suuda eristada kujundit taustast teatud tunnuste (incremental grouping) põhjal. Kas keegi viitsiks teha eksperimendi, mis näitab vastupidist? Huvitavam on tema artiklile suunatud kommentaar, mille autoriks on mu endine boss Lucia. Nimelt selles artiklis visandab Lucia piirjooned sellest, millised saavad olema tema uue uurimisgrupi peamised teemad. Neid kontuure võib leida antud kommentaari punktides 2 ja 3. Lucia arvab, et iga teadvuseteooria peab selgitama, kuidas eelnev kogemus mõjutab taju (sest taju on igal hetkel mälusisude mängukann). Lisaks on ta seisukohal, et teadvustamist eristab teadvusevälisest töötlusest ajaline skaala – teadvusevälised protsessid suudavad töödelda vahetut teavet, teadvus on seotud integratsiooniga pikemal ajaskaalal.

Eelneva kogemuse roll teadvuse kujundamisel on igal juhul tõusnud esiplaanile, kuna ajuteaduses (ja ka psühholoogiateaduses) on hakanud domineerima ennustava kodeerimise teooria. Lamme oma tükis on selle teooria suhtes skeptiline, optimistlikumat ülevaadet pakuvad Hohwy ja Seth. Suhtugem sellesse ideesse avatud meelega!

Head lugemist!

Vastunäide Tononi teadvuseteooriale?

Giulio Tononi teadvuseteooria on mõnede arvates peaaegu lahendanud teadvuse probleemi. Ühest vaadatud videodebatist meenub, kuidas tuntud vaimufilosoof Ned Block väidab, et me ei saa teadvuse probleemi veel lahendada, sest meil puuduvad kontseptuaalne arusaam sellest probleemist ja kontseptuaalsed vahendid, millega sellele probleemile läheneda. Selle peale kostis Christof Koch – “Teil pole, aga meil on”, viidates just Tononi teooriale, mille üheks suurimaks propageerijaks Koch saanud on.

Me oleme Tononi teooria üle üsna palju mõtisklenud. Ehkki me oleme alati nõus olnud, et Tononi teooria on huvitav ja väga oluline edasiminek teadvuseteaduses – see on esimene suur matemaatika keeles formaliseeritud teooria -, oleme alati kuidagi rahulolematud olnud. Seda mitmel põhjusel:

1) ehkki Tononi teooria on kenasti formuleeritud informatsiooniteooria raames ja pakub välja isegi kvantitatiivse informatsiooniteooreetilise mõõdu (PHI) teadvuse jaoks, ei ole seda reaalsete bioloogiliste süsteemide puhul võimalik uurida ega mõõta (nt Barrett & Seth, 2011). Seega me võime küll aimata, et inimajul on suur PHI, aga me ei saa reaalselt mõõta, kui suur see PHI on ja kas ta väheneb näiteks sügavas unes või anesteesiaseisundis, kus teadvust pole.

2) Tononi informatsiooni integratsiooni teooria põhineb kahel aksioomil: i) teadvus on informatiivne – iga hetke teadvuselamus erineb miljonitest teistest, mis on põhimõtteliselt võimalikud, aga hetkel ei esine; ii) teadvus on integreeritud – iga teadvuselamus on meie jaoks ühtne, sidudes tervikuks suure hulga erinevaid elementaarset sisu omavaid signaale. Kogu teooria matemaatiline külg põhineb neil kahel aksioomil. Kui üks neist on vale või ebaoluline või kui üks oluline aksioom on puudu, siis on kogu see matemaatika ka väär. Ja ma mingil põhjusel ei suuda uskuda, et Tononi lihtsalt tugitoolis istudes tuligi just nende kahe õige aksioomi peale, mis tõepoolest aitavad teadvuse mõistatust lahendada.

3) Arutades seda probleemi mitmete endast targemate inimestega on korduvalt kõlama jäänud mõte, et ehk on matemaatiliselt võimalik näidata, et Tononi teooria kohaselt oleks mingil võrgustikul või süsteemil lõpmatult suur (ja inimajust lõpmatult suurem) PHI, samas kui see süsteem oleks ilmselt teadvuseta. Lühidalt: kas oleks võimalik mingi hea vastunäitega Tononi teooria falsifitseerida? Mitmetel oli intuitsioon, et ilmselt leidub mingi hea vastunäide, aga me kõik olime liiga rumalad, et kohe selle peale tulla ja liiga laisad, et pikalt mõelda.

Õnneks on maailmas targemaid inimesi. Ma olin üsna rõõmus, kui Helger mind teavitas, et üks MITi nutikaid arvutiteadlasi Scott Aaronson on Tononi teooria luubi alla võtnud. Ta teeb seda viisakalt ja humoorikalt, aga mis peamine, ta suudab leida vastunäite Tononi teooriale. Ma ei hakka isegi mitte teesklema, et ma saan ta näitest täiel määral aru – ma ei saa. Aga Aaronson on erinevalt Tononist informatsiooniteoorias ja arvutiteaduses tunnustatud mõtleja. Minust targemad inimesed on mulle öelnud, et Aaronsoni näide on lihtne ja vettpidav. Lisaks pole keegi senise 125 kommentaari jooksul suutnud näidata, et Aaronsoni argumendis midagi valesti oleks. Seega, head-aega, Tononi ilus teooria? David Chalmersi väitel on peagi oodata ka Giulio Tononi enda vastust Aaronsonile. Pinge kasvab, terve virtuaalne saal on põnevust täis. Kes veel ei teanud, siis Tononil just ilmus ka oma informatsiooni integratsiooni teooriast versioon 3.0. Küllap Tononi vaidleb ja võitleb, sest teadlane hoiab oma teooriat kui oma beebit ja kaitseb teda teiste eest emalõvi kombel.

Mängud beebide teadvusega

Minul ja teil on teadvus, subjektiivne maailm. Kui seemnerakk ja munarakk kohtuvad, siis kahtlemata pole teadvust. Sellest võib järeldada, et subjektiivne olemus peab kunagi nende kahe etapi vahel tekkima. Millal ta siis tekib? Ja kuidas? Kas neid küsimusi on üldse mõttekas küsida? Kas neid on võimalik vastata?

Et seda proovida, peame sukelduma sellesse, mida me teadvuse neurobioloogiliste aluste kohta teame ja võrdlema seda beebi aju arenguga. Kui me leiame beebi aju arengus etapi, kus on olemas kõik ajustruktuurid ja ajuprotsessid, mida on tarvis teadvuseks, siis võimegi järeldada, et sellel arenguetapil on beebil teadvus.

Kõlab lihtsalt. Probleem seisneb selles, et me ei tea täpselt, missugused ajustruktuurid ja ajuprotsessid on vahetult seotud teadvuselamusega. Me ei tea, kuidas teadvus täiskasvanud inimese ajus tekib.

Aga oleks ju päris tore uskuda või vähemalt väita, et me teame, mis on teadvuse neurobioloogilised mehhanismid, sest siis saaks seda küsimust beebide teadvuse kohta ju vastata. Miks peakski keegi süvenema teadvuseteaduse keerukustesse, kui on oma illusioonides võimalik veenda ka toimetajat ja retsensenti ja jõuda nõnda ajakirja Science veergudele! Sid Kouider ja Stanislas Dehaene just seda tegidki, uurides oma töös, kuivõrd erineva vanusega beebid on teadvusel. Loogika oli täpselt selline, nagu ülal kirjeldatud, ainult ilma tingiva kõneviisita: me teame, mis on teadvuse neurobioloogilised markerid täiskasvanud ajus, seega me võime vaadata, kas ja millisest vanusest alates on neid neurobioloogilisi markereid võimalik mõõta ka beebi ajus. Võimas. Äge.

Ma olen noor inimene, kuid vahel tundub, et ma olen tänapäeva teaduse jaoks juba liiga vana. Muidugi on tore olla Science-artikli esimene autor, see toob kuulsust ja grandirahasid (ehk siis “feimi ja sulli”). Kuid sellest olulisem peaks ju olema teaduslik terviklikkus (scientific integrity, vt Feynmani kuulus kõne teaduse ja pseudoteaduse erinevusest). Teadusliku terviklikkuse all peetakse silmas seda, et kui teadlasele on teada mingid faktid, mis tema ilusa tulemusega ei sobi, või selle ilusa idee probleemsed aspektid, siis ta mitte ei varja neid ja ei jäta neid enda teada, vaid jagab neid teiste teadlastega selles samas teadustöös. Kouider ja Dehaene lähtuvad oma värskes töös ja loogikas sellest, et õige on Dehaene’i teadvuseteooria, kus teadvust seotakse hilise (ca 300 millisekundit pärast stiimuli esitamist tekkiva) globaalse (aju frontaalseid-parietaalseid piirkondi hõlmava) aktiivsuspuhanguga. Selle teooria õigsust postuleerides eksivad autorid teadlase terviklikkuse tingimuse vastu kahel rängal moel:

1) On teada, et teadvusega korreleeruvaid protsesse on võimalik leida ka juba varem, umbes 200 ms kandis pärast stiimuli esitamist. Sellist varast teadvusega seotud aktiivsust näitavaid töid pole üks või kaks, vaid kümneid. Ei ole teaduslikult head põhjust arvata, et Dehaene’i ja kolleegide poolt leitud teadvuse korrelaadid on kuidagi paremad või õigemad kui need, mida on leitud teistes teaduslaborites.

2) See, et teadvuse korrelaate on võimalik mõõta ka enne seda, kui Dehaene’i grupi tööd seda näitavad, viitavad võimalusele, et Dehaene’i tulemused kajastavad mitte stiimuli teadvustamist, vaid hoopis sellele järgnevaid protsesse (mis on seotud näiteks mäluga). Avaldasime eelmise aasta alguses selle probleemi kohta artikli ja ehkki ma olen nõus, et meie artikkel võib olla nähtamatu ja ebaoluline, on seda sama probleemi tänaseks korranud ka mitmed teised grupid. See probleem on tänaseks teadvuseteadusele teada.

Nagu mainitud, on selle ägeda Science’i töö vajalik eeldus, et Dehaene’i grupi poolt mõõdetud ajuprotsessid on tõepoolest teadvustamise signatuurid, kuid need kaks punkti ja nende taga olevad teadustööd näitavad selgelt, et see eeldus pole õigustatud, halval juhul on ta täitsa vale. On kindel, et Kouider ja Dehaene teavad nendest kahes punktis mainitud teadustöödest. Seega peab järeldama, et nad kas a) meelega väldivad nende tööde mainimist ja kaotavad sellega teadusliku terviklikkuse või siis b) omavad tugevat kognitiivne kallutusmehhanismi, mis on neid mingil põhjusel veennud, et need punktides 1 ja 2 toodud teadustööd on täielik jura. Vahet pole, sest nii a kui ka b tähendavad, et teaduses jõuavad tippu (ka) need, kes (alati) kogu lugu ei räägi. Kui lood on nii, siis tasub ehk hakata hoopis kirjanikuks.

Allikas:
Kouider jt (2013) A Neural Marker of Perceptual Consciousness in Infants. Science.

Mõned hommikused mõtted Tononi teadvuseteooriast

Täna hommikul selgus, et hommikupäikese esimeste kiirte teadvustamisega on vahetult seotud piirkondade V1, V4 ja rinaalkorteksi viienda rakukihi püramidaalneuronite tulisklemine rütmis titi-ta-titi-ta. Oleme leidnud ühe teadvuse neuronaalse korrelaadi (TNK)!

Muidugi ei selgunud täna hommikul midagi taolist, aga isegi kui oleks selgunud, siis kas me oleksime teadvuse probleemi lahendanud? Kas see TNK aitaks meil nüüd vastata, mis see teadvus on? Meil oleks TNK, aga meil puuduks arusaam, miks see “piirkondade V1, V4 ja rinaalkorteksi viienda rakukihi püramidaalneuronite tulisklemine rütmis titi-ta-titi-ta” tekitab teadvuselamuse.

See on pannudki mõningaid juhtivaid teadvuseteadlasi liikuma teises suunas: otsima teooriat, mis selgitaks, mis see teadvus on ja üritaks teadvust siduda meie füüsikalise maailmapildiga. Need teadlased, eesotsas Giulio Tononi ja Christof Kochiga, üritavad anda teadvusele selgitust, mis tuleb informatsiooniteooriast. Nende põhiväite kohaselt tekib teadvus igas süsteemis, mis integreerib informatsiooni. Ja meie aju (eelkõige talamokortikaalne süsteem) on väidetavalt üks väga eeskujulik informatsiooni integreeriv süsteem. Tononi ja Koch väidavad, et teadvus on informatsiooni integreerivate võrgustike omadus. Veelgi enam: nad ütlevad, et aju, bioloogiline materjal, ei ole tähtis, tähtis on vaid võrgustike osade omavaheliste seoste struktuur. Selle idee kohaselt me peaksime suutma luua teadvusel masinaid. Või täpsemalt, mingil määral, vähesel määral, on teie nutitelefon või läptop juba praegu teadvusel.

See teooria võib olla vale. Ilmselt ta ongi suuremal või vähemal määral vale, kuid ta näitab, kuhu suunas teadvuseteadus liigub. See teooria näitab, et isegi need juhtivad teadvuseteadlased, kes on mõlemad väga prominentsed ajuteadlased, arvavad, et teadvuse selgitamiseks me peame revideerima oma teaduslikku maailmavaadet ja lisama põhimõtte, et teadvus on informatsiooni integreerivate süsteemide omadus. See tähendab, et teadvus ei pea olema redutseeritav neuronite aktiivsusele – teadvus ei ole sama, mis neuronite aktiivsus. Selle teooria kohaselt käib teadvus kaasas informatsiooni integratsiooniga nagu elektrilaeng käib kaasas ioonidega või nagu igal kehal on mass.

Niisiis, on võimalik, et me peame oma teaduslikku maailmapilti pisut laiendama, et selgitada teadvust. Me ei tea veel. Nagu juba öeldud, võib Tononi teooria olla ka lihtsalt vale. Tõendusmaterjale selle teooria toetuseks tegelikult eriti pole. Aga oleks arrogantne arvata, et see, mis me praegu maailma ja universumi kohta teame, on kõik, mis teada on. Näiteks Aristoteles oli ka väga tark mees, kuid arvas, et aju on vaid vere jahutamiseks – võib olla, et viiekümne aasta pärast naerdakse ka meie praeguste tühiste hüpoteeside ja ideede üle. Seega ei tasu liiga kinni hoida praegustest ideedest ja teooriatest, vaid tuleb olla avatud meelega ja teha teadust, teha katseid, et oma parimaid ideid testida.

Tononi on teinud ära tubli mõttetöö, kuid probleem tema väidetega on see, et neid pole võimalik teaduslikult uurida. Hetkel mitte. Nagu olen kirjutanud varem, ei saa me Tononi teooriat ei toetada ega ka falsifitseerida: ehkki Tononi teooria on kenasti formuleeritud informatsiooniteooria raames ja pakub välja isegi kvantitatiivse informatsiooniteooreetilise mõõdu teadvuse jaoks, ei ole seda praegu reaalsete bioloogiliste süsteemide puhul võimalik uurida ega mõõta. Aga teadus marsib edasi ja – kes teab – ehk juba järgmisel pühapäeval on meil vastused olemas. (Ilmselt siiski mitte.)

Tononi teadvuseteooria kohta saab rohkem teada, lugedes tema 2012. aasta raamatut PHI või kuulates tema hiljutist üsna pikka ja põhjalikku usutlust (aitäh Helgerile vihje eest).

Teadvus: neuronite aktiivsuse peegeldus

Kuidas tekib füüsikalistest ja keemilistest protsessidest subjektiivne teadvuselamus? Kuidas võrkkestale jõudva sisendi põhjal rekonstrueeritakse ajus see, mis maailmas toimus? Rafael Malach, Iisraelis töötav neurobioloogia professor ja tuntud nägemistaju uurija, on kirjutanud sellest kokku oma teooria.

Rafael Malach on kaua teadvuse üle mõelnud ja teinud mitmeid olulisi eksperimente. Tema eksperimendid on köitnud ka meie tähelepanu, kuna meil oli põhjust arvata, et need tulemused ei tähenda päris seda, mida prof. Malach arvab. Kuid oma kriitikat kokku kirjutades oligi meil mureks, et prof. Malach pole oma teoreetilist seisukohta kuskil põhjalikult selgitanud. Teadvuse teooriaid on välja pakkunud küll mitmed, näiteks Tononi või Dehaene, kuid Malachi teooria seni selgelt kirjas polnud.

Nüüd, antud kirjatükis, on ta võtnud aega, et selgitada oma visiooni sellest, kuidas visuaalses korteksis tekib teadvustatud kujutis sellest, mida me näeme.

Rafael Malachi artikkel on kenasti kokku pandud populaarteaduslik teos, mis annab tema perspektiivist ülevaate teadvuse probleemist ja selle lahendamisest. Artikkel on kirjutatud nii mõistetavalt, et ma panin antud postituse koguni “inimlike postituste” kategooriasse – kui kellelgi on kunagi vaja hästi sõnastatud ülevaadet teadvuse mõistatusest ja nägemistajust, siis on Rafael Malachi töö heaks tugimaterjaliks. Head lugemist!

Kuidas testida, kas kortikaalne sünkroonsus on TNK?

Olen kirjutanud oma katsest, mis näitas, et visuaalsest korteksist mõõdetav lokaalne gammavastus ei ole teadvuse neuronaalne korrelaat (TNK). Loomulikult tuleb sellise töö peale küsida, mis on siis hea või parem TNK või vähemalt proovida, kuidas mõni teine TNK-kandidaat meie testile vastu peab.

See osakond, kus ma Frankfurdis oma doktorantuuri teen, on tuntud just aju dünaamika revolutsioonilise uurimise poolest. 1980. aastate lõpust alates kuni aastatuhande vahetuseni domineeris see osakond mõtete ja töödega selle kohta, kuidas ajus kulgevaid aktiivsusmustreid kiiresti ja paindlikult kooslusteks sõlmida. Läbiv idee oli järgnev: see dünaamiline sõlmimine saab toimida seeläbi, et need neuronid, mis peavad parajasti koos töötama, sünkroniseerivad oma laenglemise. See on niinimetatud sõlmimine läbi sünkroonsuse idee. Tema juures on huvitav see, et ehkki ta on läbi kukkunud mitmes hästi tehtud ja avaldatud katses, on väljaspool elektrofüsioloogiat tundvat seltskonda tema mõju endiselt suur. Kuid ka minu ülemus, kes justkui peaks paremini teadma, ei taha siiski jonni jätta ja nii me üritamegi oma testi rakendada ka hüpoteesile, et TNK on just kortikaalne sünkroonsus.

Ehk kõlab see lihtsalt, kuid tegelikult pole seda hüpoteesi sugugi nii lihtne testida kui ideed, et lokaalne gammavastus on TNK:
1) kui visuaalse korteksi gammavastus on üsna konkreetne nähtus, mida mõõta, siis sünkroonsus ise on ju vaid seos, mis peab mingisuguseid töötluskeskuseid omavahel siduma. Aga millised need töötluskeskused on? Kuidas neid leida? Üks oluline keskus võiks ju olla see sama piirkond visuaalses korteksis, mille lokaalne gammavastus meie testi kohaselt TNK polnud – osana võrgustikust on see piirkond arvatavasti ikkagi oluline. Aga milliste piirkondadega ta peaks sünkroniseeruma?
2) Ehkki EEG ja MEGga on tehtud mitmeid töid, kus sünkroonsust on uuritud elektroodide / sensorite vahel ja mida on viidatud sadu kordi, on tänaseks eksperdid ühel nõul, et see elektroodide vaheline sünkroonsus ei ole usaldusväärne märk neurofüsioloogilisest sünkroonsusest – iga EEG elektroodi signaalis on esindatud kõik aktiivsusallikad, lihtsalt erineva tugevusega. Seega võib elektroodide vahelise sünkroonsuse tõusu põhjuseks olla mingi ühe kindla allika aktiivsuse tõus, mitte allikate vaheline sünkroonsus.

Kuidas neid kahte probleemi lahendada? Alustame tagantpoolt. Tänaseks päevaks on välja aretatud üsna head meetodid, mis tulevad radari- ja sonariteadusest, mille abil EEG või MEG aktiivsusmustrist liikuda allikaruumi – elektroodide aktiivsuse asemel on selle teisenduse tulemusena niiöelda virtuaalsed elektroodid aju sees. Allikaruumis saame suures osas lahti elektroodiruumis valitsevast võltssünkroonsusest. Selle meetodiga võiks asuda ka esimese probleemi kallale: võiks ju arvutada välja sünkroonsuse paarikaupa kõikide aktiivsusallikate vahel nagu mõned ka edukalt teinud on. Mulle tundub see aga liiga suvaline lähenemine, seega üritame oma andmetest paari kavala võttega neid aktiivsusallikaid leida, mille vaheline sünkroonsus antud juhul huvitav ja oluline olla võiks. Eks ma hoian kursis, kas ja kuidas see ettevõtmine edeneb!

Vastu võetud: lokaalne gammavastus pole TNK, osa 3

Olen eelmises kahes postituses kokku võtnud oma hiljuti vastu võetud töö tagamaad ja sisu. Nüüd tahaksin natukene mõtiskleda selle töö probleemide ja motivatsiooni üle.

Kirjutasin kirjeldava ja testiva teaduse erinevustest. Testimine on tore ja sümpaatne, aga tema olemusega kaasneb see, et mõni onu või tädi võib vahel pahaseks saada. Eks need ole muidugi just need tädid ja onud, kelle eelnevaid väiteid ja töid testi ja kahtluse alla seatakse. Muidugi ei ole see nii, et iga teadlane pahaseks saab – testimine ja kahtlustamine on teaduse alustalad, seega enamasti teadlased suhtuvad sellesse positiivselt. Vahel on tehtud testid lihtsalt pisut logisevad (ja vahel teadlastele tundub, et nende teooria testimiseks loodud tööd on just eriti kehvad) ja sel juhul on ju täiesti mõistetav, et testi all oleva töö või teooria autor on pisut pahur. Ma arvan, et meie töö poolt testitud Neuroni töö viimasel autoril on järgnevaid põhjuseid meie peale pahane olla:

1) Meie peamine tulemus on null-tulemus: eelnev kogemus EI oma efekti gammavastustele (ehkki mõjutab teadvustamist). Teadlastele on aga teada, et null-tulemuse põhjuseks võib olla ka vähe katseisikuid, vähe katsekordi, seega vähe statistilist jõudlust. Ehkki me oma töös näitame, et meil peaks olema piisavalt statistilist jõudu (aitäh Juhan ja Leopold, kes aitasid Wilcoxoni jõudu mõõta), jääb see siiski üheks meie tulemuse valukohaks.

2) Hea test peab testitava katse katseparadigmat täpselt kordama. Meie puhul see polnud päris nii, sest kasutasime üht meie poolt juba varem töötatud katseparadigmat. Ehkki analüüs ja kontseptsioon on testitud katse omale väga sarnane, on võimalik kritiseerida, et me oma testis ei üritanud testitavat katset täpselt korrata.

3) Nagu kommenteerija Kolleeg ka välja tõi, on võimalik, et ehkki eelnev kogemus ja sensoorse sisendi tugevus mõjutavad mõlemad seda, kui tihti katseisik ütleb, et ta eesmärkobjekti teadvustas, on põhjus, miks ta seda ütleb, erinev. Äkki sensoorse sisu tugevus tõesti muudab teadvuselamuse kvaliteeti, samas kui eelnev kogemus mõjutab ainult teatud elementide teadvustamist või koguni vaid otsustusprotsesse (ja mitte taju). Ma olen sellest probleemist teadlik olnud väga pikka aega ja juba umbes 2 aastat tagasi sai läbi viidud käitumuslik kontrollkatse, kus katseisikud pidid otseselt oma teadvuselamuse kvaliteeti hindama 11-pallisel skaalal. Selle kontrollkatse tulemused näitasid, et eelnev kogemus ja sensoorse sisendi tugevus mõjutavad teadvuselamuse kvaliteeti sarnaselt. Aga nagu ka Kolleeg argumenteeris, saab selle teadvuselamuse sarnasuse üle sellest hoolimata põhimõtteliselt edasi vaielda.

4) Ma kardan, et see töö võib saada vale tõlgenduse osaliseks – mõni lugeja võib arvata, et meie tulemus tähendab, et teaduse neuronaalsed korrelaadid ei paikne sensoorses korteksis ja nii tahaksid argumenteerida ka mu ülemused. Kuid tegelikult on tähtis mõista, et lokaalne gammavastus väljendab alloleva neuronipopulatsiooni kogulaenglemist. Seega on täiesti võimalik, et sensoorse korteksi laenglemismustrid on vahetult seotud teadvuselamusega, nad näiteks kannavad eelneva kogemuse olemasolu korral rohkem informatsiooni teadvuse sisu kohta. See lihtsalt ei väljendu keskmise laenglemise koguhulgas, mida me gammavastustena mõõdame.

Niisiis sel iseenesest lihtsal tööl on mitu probleemi, mis võivad testi all olnud töö autoreid ärritada. Ja nende autorite näol on tegu ajuteaduse raskekaaluga! Võttes arvesse, et ma olen nendest probleemidest täiesti teadlik, siis miks mina, doktorandinolk, seda tööd ikkagi avaldada tahtsin?

Põhjus on väga lihtne ja sai välja toodud ka selle postitusteseeria alguses – teadvuseteadus on omadega pisut tupikus. Nagu olen kirjutanud varem, võib naljaga pooleks öelda, et igal teadvuse uurijal on oma teooria ja iga neist on seisukohal, et tema teooria on parim ja teised on ühel või teisel põhjusel fundamentaalselt valed, liiga üldised, ebatäpsed … Aga sellest hoolimata pole väga palju üritatud üksteise teooriaid testida. Üheks parimaks näiteks testist on töö, mida kajastasin siin paari aasta eest, kus üritati testida ideed, et sünkroonsus on teadvuse neuronaalne korrelaat. Peagi aga kirjutan sellest, miks seda sünkroonsuse hüpoteesi on tegelikult üsna raske testida. Samuti on olnud mõningad TMSi tööd ja mõned DCMi analüüsid, kus umbkaudselt on üritatud testida Lamme teooriat, kuid need tööd ja analüüsid on alati testitavast teooriast suurusjärgu ebatäpsemal skaalal (Lamme teooria on spetsiifilise tagasiside kohta, DCMi jooksutatakse ebaspetsiifilistel EEG signaalidel …). Meie töös seevastu võtsime ühe teise tulemuse ja tegime mõõtmised täpselt samal skaalal, täpselt samasugustelt elektroodidelt sama spetsiifikaga ajupiirkondadelt nagu testitavas töös. Seega ma väga loodan, et selline julge otsene norimine inspireerib ka teisi ja et me nõnda saame kõik midagi rohkemat teadvuse kohta teada.

Vastu võetud: lokaalne gammavastus pole TNK, osa 2

Olen kindel, et mitmel lehelugejal tuli mu eelmise postituse peale mitu head ideed, kuidas testida seda, kas selektiivsed gammavastused on teadvuse neuronaalsed korrelaadid või hoopis teadvusele eelnevad tugiprotsessid. Meie poolt läbi viidud testi põhiidee oli järgnev: mingi eesmärkobjekti teadvuselamuse korrelaadid peaksid olema samad, hoolimata sellest, kuidas see eesmärkobjekt teadvusesse jõudis.

Kuna meie kahtlus oli, et selektiivsed gammavastused võiksid olla teadvusele eelnevad protsessid, oli meie edasine strateegia põhimõtteliselt lihtne: kui gammavastused on eelprotsessid, siis ehk on meil võimalik leida ka mingeid teistsuguseid eelprotsesse, mis ei ole seotud gammavastustega. Kui meil õnnestuks teadvuselamust ka nende teiste eelprotsesside abil mõjutada, saaksimegi kontrollida, mida gammavastused teevad – kuna eelprotsessid on erinevad, aga teadvuselamus on sama, siis kas gammavastused käituvad nagu eelprotsessid (on tingimuste kaupa erinevad) või nagu teadvuselamus (on mõlema eelprotsessi korral samad)?

Põhimõttelised ideed on teaduses vahel väga lihtsad, aga nagu ka hea detektiivitöö korral, on tähtis omada lisaks ideedele ka põhjalikke eelteadmisi. Meie oskasime oma eelnevate teadmiste põhjal aimata, mis sorti eelprotsessid gammavastustega seotud olla võiksid, ja teadsime arvata, millised eelprotsessid võiksid olla gammavastustest sõltumatud.

Nagu olen kirjeldanud, on need ajusiseselt mõõdetud gammavastused mitte ilmtingimata rütmilised protsessid, vaid vahetult seotud ka elektroodi all oleva neuronipopulatsiooni laenglemise koguhulgaga. Ja on juba pikka aega teada, et sensoorsete neuronite laenglemissagedus on seotud sisendi tugevusega – (lihtsustatult öeldes) mida tugevam on sisend, seda tugevamini populatsioon laengleb. Selle teadmise valguses võisime arvata, et gammavastus kajastab sensoorse sisendi tugevust. Seega võis meie poolt testitava Neuronis ilmunud eksperimentaalse töö tulemus, et gammavastus on teadvuselamuse vahetu korrelaat, olla selgitatav sensoorse sisendi tugevuse poolt. Teisisõnu: teadvustatud katsekordades on gammavastus tugevam kõigest seetõttu, et teadvustatud katsekorrad on need, kus informatsioon on eelnevatest töötlusastmetest läbi pääsenud, seega sisend sellesse ajupiirkonda on tugevam; teadvustamata katsekordadel on sisend juba varasematesse töötlusetappidesse kinni jäänud (meil on tänaseks palju tõendusmaterjali selle kohta, et juhuslikud fluktuatsioonid varajastes visuaalse töötluse keskustes tõepoolest mõjutavad informatsiooni edasist kulgemist ja ka selle teadvustamist).

Millised võiksid olla need teised eelprotsesid, mille abil teadvustamist mõjutada? Kõige parem oleks, kui need eelprotsessid käituksid teistmoodi kui lokaalsed gammavastused. Üheks selliste omadustega eelprotseside grupiks on eelnev kogemus ja ootus – on teada, et eelnev kogemus pigem nõrgendab lokaalseid vastuseid. See oli meie jaoks üsna ideaalilähedane – eelneva kogemuse abil saab teadvustamist mõjutada, kuid tagajärg gammavastustele on teistsugune.

Niisiis saimegi kasutada oma paradigmat, kus teadvustamist mõjutasid korraga kaks erinevat eelprotsessi: sensoorse sisendi tugevus ja eelnev kogemus. Et teadvustamist saaks mõjutada, olid eesmärkobjektid paigaldatud müravälja. Üsna põhjalikes käitumuslikes katsetes näitasime, et nii sensoorse sisendi tugevus kui ka eelnev kogemus mõlemad tõepoolest mõjutavad teadvustamist: nagu oodata, nägid katseisikud eesmärkobjekti tihemini ja paremini, kui sensoorset sisendit oli rohkem (segav müra oli nõrgem); samuti ootuspäraselt nägid katseisikud eesmärkobjekti tihemini ja paremini, kui neil oli selle eesmärkobjekti kohta eelnev kogemus (nad olid seda eesmärkobjekti juba varem näinud). Niisiis, teadvuselamus muutus kahe erineva eelprotsessi tagajärjel sarnaselt.

Sellise katseparadigma abil võibki liikuda meie poolt püstitatud testi juurde: kui eelprotsessid on erinevad, kuid mõju teadvuselamusele on sama, siis kas gammavastus käitub mõlema eelprotsessi korral sarnaselt (olles seega on suurema tõenäosusega seotud teadvuselamusega) või erinevalt. Selle testi võib sõnastada isegi karmimalt: kui gammavastus on teadvuselamuse korrelaat, siis peaks ta mõlema eelprotsessi korral olema mõjutatud sarnasel määral.

Selle testi vastuse kättesaamiseks analüüsisime katseandmeid, mis olid sarnaselt eelnevale Neuroni tööle kogutud otse inimaju visuaalselt korteksilt. Testi tulemus oli üsna selge: 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. Test oli selge, vastus oli ühene. Iseenesest ju lihtne lugu (detailides on ta muidugi pisut keerukam; kes tahab, võib mult artikli käsikirja küsida, et ise järele lugeda.) Retsensendid arvasid samuti, et üsna konkreetne ja selgelt esitatud töö, seega nad meid eriti ei kiusanudki. Järgmises postituses avaldan mõned mõtted selle kohta, miks see lugu ikkagi päris nii lihtne pole, miks ma tean, et mõni onu selle töö peale pisut pahaseks saab ja miks ma selle töö hoolimata kõigest sellest ikkagi avaldada tahtsin.

Vastu võetud: lokaalne gammavastus pole TNK, osa 1

Eelmisel nädalal võeti vastu meie artikkel, mis moodustab tähtsa lüli mu doktoritöö eksperimentaalsest selgroost. Kuna ma ise olen viimastel aastatel kadunud üha rohkem kinnisideesse, et teadvuseteaduses on tülpinud paigalseis, ja kuna mul nii mõnigi hea mõttekaaslane on samal seisukohal, siis ma kirjutan pisut lahti, miks ma arvan, et käesolev töö vähemalt mõnegi emotsioonilaine tekitab. Kuna jutt läks maru pikaks, siis ma postitan ta järjejutuna mitmes osas.

Viis aastat tagasi hakkasin ma prof. T. Bachmanni juures uurima visuaalsete objektide teadvustamise neuronaalseid korrelaate – millised ajuprotsessid on vahetult seotud sellega, kui katseisikud ütlevad, et nad objekti teadvustasid? Nagu korduvalt selgitanud oleme, on sellistes katsetes enamasti kontrolltingimuseks need katsekorrad, kus katseisikul see sama visuaalne objekt teadvusesse ei jõudnud. Nende kaht tüüpi katsekordade erinevus peakski meid siis lähemale aitama teadvuse neuronaalsete korrelaatide (TNK) leidmisele. Selliseid töid tegime prof. T. Bachmanniga koguni kaks ja mõlemad neist said ka kenasti avaldatud.

Võiks öelda, et need tööd on otsivad ja kirjeldavad – me võrdleme kahte tingimust, ilma mingi suure hüpoteesita, leiame erinevused ja tõlgendame neid. Nii töötab praeguse hetkeni suur osa kognitiivsest neuroteadusest, kuid see kirjeldav teadus pole ilmtingimata kõige rahuldavam: kuna ei küsita konkreetseid küsimusi, ei saada ka konkreetseid vastuseid; nii saadakse küll uusi tulemusi, kuid nende tähendus on vähemalt esmapilgul ebaselge ja heal juhul koorub välja edasise uurimistöö jooksul (ehkki diskussiooniosad on alati pikad ja põhjalikud ja spekuleeritakse rohkem kui börsil). Need kaks EEG tööd olid minu jaoks suurepärane võimalus teha head teadust ja mõelda selle üle, mida saaks teisiti teha. Kas me teadvuseteaduses ainult kirjeldame ja leiame? Minu enda jaoks tundus põnevam, kui meil oleks mingi kindlapiiriline küsimus või ennustus, mida me oma katsega testida üritame. Parimal juhul võiks olla isegi matemaatiliselt formuleeritud teooria, millest me selle ennustuse järeldada saame. Nagu ka siin blogis mainitud, on mitmel pool neuroteaduses sellised teooriad juba olemas või tekkimas. Sellise ennustuse olemasolu korral on äge teda ju testida, sest kui töö taga olev teooria ennustab üht, kuid tulemus näitab teist, siis on see teooria ju järelikult oma vastavas vormis väär – ehkki otsides ja kirjeldades võib kogemata sattuda millegi fantastilise otsa, on selliseid ennustusi testides võimalik saada kohe konkreetseid vastuseid. Kirjeldav teadus on unistus suurest leitavast aardest; testiv teadus on detektiivitöö.

3 aastat tagasi ilmus ajuteaduse ühes kõige tähtsamas eksperimentaalses ajakirjas Neuron töö, mille autorid väitsid, et visuaalsest korteksist mõõdetud gammavastus on teadvuse neuronaalne korrelaat. Nende töö oli väga hea – tegu oli intrakraniaalsete andmetega, mille korral sai kindlaks teha, et elektrood on mingi kategooria-tundliku ajupiirkonna kohal ja katsetada, kas selle spetsiifilise ajupiirkonna gammavastus on seotud teadvustamisega. Patsient vaatas lühidalt esitatud pilte ja ütles, kas ta teadvustas pildil olnud objekti või ei. Iga kord, kui patsient pilti teadvustas, tõusis selle piirkonna gammavastus hoogsalt, autorite endi sõnul justkui süttis, mis panigi neid kindlalt väitma, et just see lokaalne gammavastus visuaalses korteksis on teadvuse neuronaalne korrelaat.

Aga kas ta ikka on. Esiteks mõtlesime juba tollal, 2009. aasta lõpul, selle üle, et sellistes katseparadigmades, kus omavahel võrreldakse ja katsekordi, võivad lisaks teadvuse neuronaalsetele korrelaatidele tulemuseks olla ka protsessid, mis teadvuse vahetutele korrelaatidele kas eelnevad või järgnevad. Selle probleemi kohta õnnestus meil käesoleva aastanumbri sees ka üks põhjalikum kirjatöö avaldada.

Niisiis, ehk olid tolle Neuronis ilmunud töö „teadvuse korrelaadid“ samuti tegelikult midagi muud, st protsessid, mis teadvusele eelnevad või järgnevad? Detektiivitöö algas. Me kahtlustasime eelkõige just neid eelnevaid protsesse, sest Neuroni töös tehti maagilisi väiteid just sensoorses ajukoores toimuva kohta, mis oli lisaks ka ajas üsna varajane. Kõige veenvam argument, et meie kahtlustuses võiks ka iva olla, oli järgnev: mu suur pealik, Prof. Singer, on oma 1980ndate lõpul tehtud töödes korduvalt näidanud, et visuaalset gammavastust ja ka väga selektiivset gammavastust on võimalik ajukoorest mõõta ka üldnarkoosi all olevatelt kassidelt. Neil kassidel pole teadvust, kuid on sarnane selektiivne gammavastus. Seega oli mitu põhjust arvata, et selektiivsed gammavastused ei pruugi tegelikult olla teadvuse neuronaalsed korrelaadid.

Aga kuidas seda intuitsiooni katsesse panna? Siin muutub teadus minu jaoks põnevaks – kas ja kuidas õnnestub meil enda või teiste väiteid testida? Kuidas panna proovile väide, et lokaalsed gammavastused ongi teadvuse neuronaalseks korrelaadiks?

Sellest kirjutan järgmises postituses.

Teadvus on ajus … aga kus täpsemalt?

Praegused teaduslikud tõendusmaterjalid toetavad seisukohta, et teadvus on ajus. Juhtivate teadvuseteooriate kohaselt poleks justkui kahtlust ka selles, et teadvus on seotud just talamokortikaalse süsteemi tööga. Enamgi veel, mitmed teadlased (nt Singer, Dehaene, Lamme) on üsna veendunud, et teadvus tekib korteksis ehk ajukoores. See vaade on motiveeritud teadmisest, et paljud meie kõrgemad vaimsed funktsioonid on tõepoolest lokaliseeritud ajukoores ja et ainult ajukoores on piisava detailsusega esitused välismaailma kohta. Näiteks kui mu ees on praegu stseen läptopi, vana ümmarguse köögilaua ja sellel asetsevate elektrooniliste vidinatega, siis ainult ajukoores on neuronid piisavalt spetsiifilised, et esitada neid elektroonilisi vidinaid.

Sellest pole aga loogiline järeldada, et ainult korteks on seotud teadvusega. Tegelikult pole sellest isegi loogiline järeldada, et teadvuselamus tekib korteksis. Ajukoore staarneuronid – püramidaalrakud – saadavad oma arvutuste tulemused ka otse talamusse ja ajutüve neuronitele. Niisiis, sama spetsiifilisusega teadvuselamus võib tekkida ka sääraste evolutsiooniliselt vanemate struktuuride neuronite dendriitidel, kuhu need arvutused jõuavad. Midagi umbes taolist on välja pakkunud Lawrence Ward, kes arvab, et see koht, kuhu korteksi arvutused nõnda jõuavad ja kus need arvutused teadvuslikuks saavad, on taalamus. Wardi teooria kohaselt ei teki ajukoores, vaid alles taalamuse dendriitidel.

Veelgi allapoole, veelgi vanemate struktuuride poole liigutaksid teadvust aga hea meelega mitmed teised tuntud teadlased nagu näiteks Antonio Damasio või eestlasest emotsiooniuurija Jaak Panksepp. Nad mõlemad nõustuksid, et teadvuse kognitiivsed aspektid on seotud ajukoore osadega, kuid mõlemad argumenteeriksid, et kognitiivsed aspektid pole teadvuse fundamentaalsed osad. Teadvuse primaarseks tüübiks oleksid (lihtsustatult öeldes) oma keha sisese miljöö muutuste tunnetamine ja afektiivsed protsessid.

Kindlasti võib vaielda selle üle, kas need madalamad aju osad ilma ajukooreta oleks teadvusel, kuid mina nende härradega vaidlema ei hakka. Minu jaoks on probleem selles, et vähemalt praegu polegi võimalik selle üle teaduslikult mõttekalt arutleda – täiesti ajukooreta inimesed ju ei saa meile oma teadvusseisundeid vahendada, ajukooreta loomade puhul võib kahtleja alati väita, et nad tegelikult pole teadvusel. Muuhulgas on aga teada see, et ajukooreta rotid on aktiivsemad ja käitumuslikult palju huvitavamad, kui ajukoorega rotid; samuti on Penfieldi-eksperimentidest saati teada et suuri tükke ajukoorest võib eemaldada, ilma et teadvus kaoks. Äsja ilmus ka kena artikkel Antonio Damasio jt poolt, kus autorid näitasid, et ehkki eneseteadvust on seostatud teatud kortikaalse võrgustikuga, on patsiendil, kellel on mitmed olulised piirkonnad sellest kortikaalsest võrgustikust kahjustatud, eneseteadvus täitsa alles.

Minu jaoks näitabki see teadvuseteaduse hetkeseisu (ja hetkekriisi) – enamus küll arvab, et teadvus tekib ajukoores või talamokortikaalses süsteemis, kuid häid teaduslikke argumente, mis veenaks, et teadvus on just nendes struktuurides, on vähe. Kahtlemata on ajukoor tarvilik meie reflektiivse ja kognitiivse teadvuse jaoks, aga tegelikult on teadvuse fundamentaalne probleem seotud just selle kognitiivselt lihtsama üldise “tundega olla keegi”, mida kogeme sõltumatult oma teadvuse hetkesisudest või hetkemõtetest. Seega on võimalik, et teadvuse mõistmiseks peaksime tõepoolest lähemalt uurima hoopis ajutüves toimuvaid protsesse, mis küll ei vahenda meie hetkelisi teadvusesisusid, kuid tekitavad selle üldseisundi, tunde olla.

Probleem minu ja mu kolleegide jaoks on ilmselge – kognitiivsel neuroteadusel on nendele struktuuridele väga raske ligi pääseda (EEG mõõdab peamiselt ajukoores ja talamokortikaalses süsteemis toimuvat; esmapilgul võiks arvata, et fMRI võiks ajutüves toimuvat mõõta, kuid tegelikult on see seniajani problemaatiline ajutüves toimuva loomuliku liikumise ja veretsirkulatsiooni tõttu.) Seega kui fundamentaalseid teadvusprotsesse vahendavad need vanemad ajutüve struktuurid, oleme omadega jännis.

Igal juhul tasub praegu nendel subkortikaalsetel piirkondadel pilku peal hoida ja miks mitte ka nende anatoomia kohta rohkem lugeda – enamus minu kolleege on arvamusel, et ajutüves toimuv on üsna igav ja primitiivne, kuid tegelikult on sealsed võrgustikud väga huvitavad, keerukad ja evolutsiooni poolt aja jooksul palju täiuslikumaks timmitud kui meie sõber neokorteks. Ja viimaks on tore tõdeda, et ka teadvuseteaduse peavool on ajukoore all toimuvat hakanud tõsisemalt võtma – juuli alguses avaldati Cambridge’is toimunud üritusel Cambridge’i Teadvuse Deklaratsioon, mis võeti kokku järgnevalt:

“The absence of a neocortex does not appear to preclude an organism from experiencing affective states. Convergent evidence indicates that non-human animals have the neuroanatomical, neurochemical, and neurophysiological substrates of conscious states along with the capacity to exhibit intentional behaviors. Consequently, the weight of evidence indicates that humans are not unique in possessing the neurological substrates that generate consciousness. Nonhuman animals, including all mammals and birds, and many other creatures, including octopuses, also possess these neurological substrates.”