H Εγκεφαλική «Θεωρία Των Πάντων»

Είναι ο εγκέφαλός μας μάντης; Αν καταφέρνουμε να επιβιώνουμε είναι γιατί ξέρουμε τι να… περιμένουμε! Αυτό προκύπτει από τις τελευταίες νευρολογικές μελέτες που δείχνουν ότι, πολύ περισσότερο από το να αντιδρούμε στα ερεθίσματα που δεχόμαστε,προσπαθούμε κάθε στιγμή να προβλέψουμε το μέλλον. Ισως μάλιστα αυτή η ικανότητα του ανθρώπινου εγκεφάλου επέτρεψε στο είδος μας να κυριαρχήσει…

Γυρίζετε στο σπίτι σας όπως κάθε μέρα από τη δουλειά, στρίβετε μηχανικά στη γωνία, φθάνετε στην είσοδο και ξαφνικά βλέπετε ότι η καγκελόπορτα δεν είναι πια πράσινη αλλά άσπρη. «Α, βάψανε τα κάγκελα!» σκέφτεστε και συνεχίζετε τον δρόμο σας αμέριμνοι. Η αλλαγή του χρώματος στην εξώπορτα σάς προκάλεσε μια μικρή έκπληξη, αλλά σε καμία περίπτωση ανησυχία. Την ώρα εκείνη όμως, χωρίς εσείς να το καταλαβαίνετε, μέσα στο κεφάλι σας σήμανε συναγερμός.

Στον εγκέφαλο δεν αρέσουν οι εκπλήξεις. Αντιθέτως, όπως όλα δείχνουν, ο «υπολογιστής» του οργανισμού μας κάνει τα πάντα για να τις αποφύγει. Νέες έρευνες υποστηρίζουν ότι ίσως τελικά η βασική λειτουργία του δεν είναι τόσο το να ανταποκρίνεται στα εξωτερικά ερεθίσματα όσο το να προβλέπει αυτά που πρόκειται να συναντήσει στο μέλλον. Οσο οι προβλέψεις του είναι σωστές όλα βαίνουν καλώς και μπορεί να λειτουργεί, κατά κάποιον τρόπο, στον «αυτόματο πιλότο» εξοικονομώντας ενέργεια και βαδίζοντας με ασφάλεια. Οταν όμως οι «μαντικές» του ικανότητες αποδεικνύονται εσφαλμένες τίθεται σε εγρήγορση. Και δικαίως. Τα λάθη του είδους δεν βοηθούν στην επιβίωση.

Ζούμε προβλέποντας: Το ότι ο εγκέφαλός μας κάνει προβλέψεις φαίνεται ίσως προφανές. Το «αισθανόμαστε» σε δεκάδες στιγμές της καθημερινότητάς μας. Στη νευροεπιστήμη όμως τα πράγματα είναι διαφορετικά. Παραδοσιακά ο εγκέφαλος αντιμετωπιζόταν από τους ειδικούς ως «δέκτης» πληροφοριών, ο οποίος έχει ως κύριο ρόλο να αντιδρά στα ερεθίσματα που λαμβάνει από το περιβάλλον και όχι να προσπαθεί να τα προλάβει. «Η ιδέα ότι ο βασικός σκοπός του εγκεφάλου είναι να προβλέπει τα εξωτερικά ερεθίσματα,να προβλέπει το περιβάλλον,δεν είναι διαδεδομένη στη νευροεπιστήμη» λέει μιλώντας στο «Βήμα» ο Λαρς Μούκλι, επιστήμονας του εγκεφάλου, καθηγητής στο Πανεπιστήμιο της Γλασκώβης.

Αυτό, όπως εξηγεί, οφείλεται σε έναν βαθμό και στις ερευνητικές μεθόδους των επιστημών που μελετούν τον εγκέφαλο, οι οποίες βασίζονται συνήθως σε πειράματα στο εργαστήριο, σε ένα ελεγχόμενο περιβάλλον, όπου οι ειδικοί προκαλούν διάφορες αλλαγές και μετά παρακολουθούν τις αντιδράσεις. «Το 95% των πειραμάτων γίνονται έτσι» τονίζει. «Εμείς επιχειρούμε μια διαφορετική προσέγγιση, σχεδιάζοντας πειράματα ώστε να αποδείξουμε ότι η ιστορία και το γενικό πλαίσιο κάνουν τη διαφορά και ότι ο εγκέφαλος ασχολείται τελικά μετο να κάνει προβλέψεις».

Τα μυστικά του οπτικού φλοιού: Ο εγκέφαλος δεν προβλέπει το απρόβλεπτο. Στην εικ. 2 η Φαινόμενη Κίνηση (ΦΚ) προκαλεί δραστηριότητα στον πρωτογενή οπτικό φλοιό (V1), απεικονιζόμενη με τη διακεκομμένη γραμμή. Δεξιά, στο επάνω διάγραμμα, το πρόσθετο ερέθισμα του πειράματος παρουσιάζεται συντονισμένα με τη φαινόμενη κίνηση και άρα σύμφωνα με τις προβλέψεις του εγκεφάλου, ενώ στο κάτω διάγραμμα το εκτός κίνησης ερέθισμα είναι απρόβλεπτο και προκαλεί αύξηση της εγκεφαλικής δραστηριότητας, η οποία απεικονίζεται στη λεπτομέρεια κάτω αριστερά.

Ο εγκέφαλος δεν προβλέπει το απρόβλεπτο. Αριστερά, η φαινόμενη κίνηση (ΦΚ) προκαλεί δραστηριότητα στον πρωτογενή οπτικό φλοιό (V1), απεικονιζόμενη με τη διακεκομμένη γραμμή. Δεξιά, στο επάνω διάγραμμα, το πρόσθετο ερέθισμα του πειράματος παρουσιάζεται συντονισμένα με τη φαινόμενη κίνηση και άρα σύμφωνα με τις προβλέψεις του εγκεφάλου, ενώ στο κάτω διάγραμμα το εκτός κίνησης ερέθισμα είναι απρόβλεπτο και προκαλεί αύξηση της εγκεφαλικής δραστηριότητας, η οποία απεικονίζεται στη λεπτομέρεια κάτω αριστεράΑυτό ακριβώς αποδεικνύεται στην έρευνα που δημοσίευσε πρόσφατα μαζί με την Αριεν Αλινκ του Ινστιτούτου Μαξ Πλανκ της Γερμανίας στο επιστημονικό έντυπο «Journal of Νeuroscience», εντοπίζοντας νέες, «προγνωστικές» λειτουργίες στον πρωτογενή οπτικό φλοιό (V1), μια περιοχή του εγκεφάλου που ως πριν από μερικά χρόνια εθεωρείτο από τις πιο γνωστές στους επιστήμονες.

Η παραδοσιακή άποψη ήταν ότι ο V1, ο οποίος δέχεται τις πληροφορίες μέσω των ματιών και του οπτικού νεύρου, σχετίζεται κυρίως με την επεξεργασία των οπτικών σημάτων χωρίς να έχει συμμετοχή σε «ανώτερες» λειτουργίες όπως η μνήμη ή οι νοητικές απεικονίσεις και ο συμβολισμός. Η έλευση της λειτουργικής μαγνητικής τομογραφίας (fΜRΙ) άρχισε όμως να ανατρέπει τα δεδομένα αποκαλύπτοντας ότι ο οπτικός φλοιός δεν περιορίζεται μόνο στις απλές οπτικές λειτουργίες, αλλά έχει επίσης σημαντικά υψηλότερα καθήκοντα.

«Ο πρωτογενής οπτικός φλοιός σχετίζεται με τη μνήμη αλλά και μετην οπτική χωρική προσοχή. Ακόμη και όταν δεν υπάρχει οπτικό ερέθισμα,αλλά κάποιος περιμένει κάτι να μπει στο οπτικό του πεδίο,η δραστηριότητα σε αυτή την περιοχή του φλοιού αυξάνεται υπερβολικά» εξηγεί ο ερευνητής. «Εχουμε πολλές ενδείξεις ότι η κύρια ασχολία του εγκεφάλου είναι το να “μιλάει” στον εαυτό του,οι διάφορες περιοχές του συνομιλούν διαρκώς μεταξύ τους και έχουν ανώτερες γνωσιακές λειτουργίες» . Ο οπτικός φλοιός εκτός από το να «βλέπει» παράλληλα «ακούει» πολλές πληροφορίες, τις οποίες επεξεργάζονται άλλες περιοχές του εγκεφάλου και φθάνουν ως αυτόν με τρόπο ο οποίος ακόμη παραμένει άγνωστος. «Στην έρευνα που δημοσιεύσαμε πρόσφατα» λέει ο κ. Μούκλι «δείχνουμε μόνο μια πλευρά αυτών των λειτουργιών, την εμπλοκή του οπτικού φλοιού στη συνεχή διατύπωση προβλέψεων. Αλλες μελέτες μας όμως, οι οποίες ακόμη δεν έχουν ολοκληρωθεί,δείχνουν ότι ο V1 σχετίζεται και με πολλά άλλα πράγματα,όπως για παράδειγμα με τις ψευδαισθήσεις».

Το πείραμα της οφθαλμαπάτης: Για να ελέγξουν την προβλεπτική ικανότητα του πρωτογενούς οπτικού φλοιού οι ερευνητές σχεδίασαν πειράματα που βασίζονται στην οφθαλμαπάτη της φαινόμενης κίνησης. «Εχουμε δύο φωτεινές κουκίδες που αναβοσβήνουν, σε απόσταση η μία από την άλλη» εξηγεί ο κ. Μούκλι «και όταν αυτό γίνεται εναλλάξ φαίνεται σαν να πρόκειται μόνο για μία κουκίδα η οποία κινείται επάνω κάτω». Επειδή ο V1 επεξεργάζεται κάθε σημείο του χώρου σε διαφορετική θέση, οι ερευνητές έχουν στην ουσία μπροστά τους έναν «χάρτη» του φλοιού στον οποίο μπορούν να δουν ποιες θέσεις ενεργοποιούνται κάθε φορά ανάλογα με το οπτικό σήμα που φθάνει στον εγκέφαλο. Δύο κουκκίδες που δεν αναβοσβήνουν με τρόπο που να δίνει την εντύπωση της κίνησης εμφανίζονται σε αυτό τον χάρτη σε απόσταση η μια από την άλλη. «Οταν όμως έχουμε την οφθαλμαπάτη τηςφαινόμενης κίνησης» λέει ο ερευνητής «βλέπουμε κάτι εκπληκτικό στον φλοιό,μια μικρή ενεργοποίηση του διαστήματος ανάμεσα στις δύο κουκκίδες. Δεν υπάρχει πραγματικήκίνηση, όμως η οφθαλμαπάτη πυροδοτεί μια δραστηριότητα στο ενδιάμεσο διάστημα».

Ο κ. Μούκλι και οι συνεργάτες του ανακάλυψαν πρώτοι αυτή την ενδιάμεση δραστηριότητα πριν από μερικά χρόνια και θέλησαν να δουν ποιος μπορεί να είναι ο σκοπός της. «Η θεωρία μου» λέει «ήταν ότι προβλέπει ότι υπάρχει ένα ερέθισμα πουκινείται επάνω κάτω». Για να τη διερευνήσουν εισήγαγαν ένα πραγματικό ερέθισμα, μία ακόμη κουκκίδα, στη μέση της απόστασης. Ανάλογα με το αν η κουκκίδα αναβόσβηνε συντονισμένα με την πρόβλεψη ή όχι, η επεξεργασία του ερεθίσματος θα έπρεπε να είναι διαφορετική. Και αυτό ακριβώς συνέβη. «Οταν η οφθαλμαπάτη ταίριαζε στην πρόβλεψη,ηδραστηριότητα που πυροδοτούσε ήταν μικρότερη.Οταν δεν ταίριαζε,η ενεργοποίηση ήταν μεγαλύτερη. Αυτό ήταν και το βασικό εύρημά μας, ότι αυτή η οπτική περιοχή, ο V1, μπορεί επίσης να μας πει αν ένα ερέθισμα ταιριάζει ή δεν ταιριάζει στις περιβάλλουσες πληροφορίες» .

Οταν οι προβλέψεις του αποδεικνύονται σωστές, ο εγκέφαλος παραμένει «ήρεμος», κάτι το οποίο του επιτρέπει να εξοικονομεί ενέργεια. Οταν τα πράγματα δεν συμφωνούν με τα αναμενόμενα, οι νευρώνες δραστηριοποιούνται. Οι ειδικοί δεν γνωρίζουν ακόμη ποια είναι η σημασία αυτής της δραστηριότητας. «Θα μπορούσε να σημαίνει δύο πράγματα» λέει ο κ. Μούκλι. «Ισως είναι ένα “σήμα σφάλματος”,η πρόβλεψη παραβιάστηκε και οι πρωτογενείςπεριοχές στέλνουν σήμα στις άλλες λέγοντας “κάτι δεν πάει καλά και εμείς δεν το προβλέψαμε”.Μπορεί όμως και να συμβαίνει το άλλο, ίσως όταν η πρόβλεψη επαληθεύεταιη επεξεργασία της να είναι πολύ αποτελεσματική και πολύ γρήγορη και να μην προκαλεί έντονη δραστηριότητα» .

Θυμόμαστε το μέλλον: Πώς λειτουργεί αυτό στην πράξη; Οι καλές προβλέψεις, όπως τονίζει ο κ. Μούκλι, μπορούν να γίνουν μόνο μέσω της εμπειρίας- κατά κάποιον τρόπο είναι σαν να «θυμόμαστε το μέλλον». Ο βασικός μηχανισμός που εμπλέκεται σε αυτή τη διαδικασία είναι το λεγόμενο «αυτόματο» ή «προεπιλεγμένο δίκτυο» του εγκεφάλου, το οποίο σχετίζεται με τη μνήμη, με την ανάσυρση των αναμνήσεων και με την ικανότητά μας να «ταξιδεύουμε» νοερά στο παρελθόν και στο μέλλον. «Οι περιοχές αυτές» εξηγεί «κωδικοποιούν πληροφορίες ώστε να μπορεί κάποιος να ανιχνεύσει μια ανάμνηση αλλά ταυτόχρονα μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την ανάσυρση πληροφοριών για μελλοντική χρήση.Είναι μια αρετή που έχουμε εμείς οι άνθρωποι, μπορούμε να ταξιδέψουμε στον χρόνο μέσα από τις αναμνήσεις μας».

Φανταστείτε ότι ξαφνικά αναρωτιέστε αν προτού φύγετε από το σπίτι κλείσατε την καφετιέρα. Μπορείτε να γυρίσετε πίσω, στην ανάμνηση όλων όσων κάνατε το πρωί, να περιπλανηθείτε στους χώρους του σπιτιού, να πάτε νοερά στην κουζίνα. Και μετά μπορείτε να μεταφερθείτε αμέσως στο μέλλον και να σκεφθείτε, «προβλέποντας» τη σκηνή: «Μόλις γυρίσω θα πρέπει να πάω στην κουζίνα να δω αν τελικά έκλεισα την καφετιέρα» . Για αυτό το «ταξίδι» πίσω και μπροστά στον χρόνο χρησιμοποιούνται ακριβώς οι ίδιες περιοχές του εγκεφάλου.

«Οι προβλέψεις αυτές» επισημαίνει ο κ. Μούκλι«αναφέρονται μόνο σε ένα συγκεκριμένο σκηνικό και σε μια συγκεκριμένη κατάσταση. Την πόρτα του γραφείου μου,για παράδειγμα,την ξέρω πολύ καλά και την “προβλέπω” μόνοόταν βρίσκομαι στο πανεπιστήμιο. Οταν πηγαίνω στο σπίτι,προβλέπω μια άλλη πόρτα.Αν όμως η πόρτα του σπιτιού μου άνοιγε ξαφνικά με τον ήχο της πόρτας του γραφείου μου ήτης πόρτας του αυτοκινήτου μου,το γεγονός θα μου προξενούσε απόλυτη έκπληξη, γιατί δεν θα συμφωνούσε με την πρόβλεψή μου γι΄ αυτό που περιμένω να συμβεί».

Τσεκάρουμε συνέχεια: Ο εγκέφαλος προβλέπει διαρκώς από πριν αυτό που πρόκειται να επακολουθήσει και «τσεκάρει» τις προβλέψεις του ακόμη και όταν εμείς δεν το συνειδητοποιούμε. «Μπορείνα μιλάω στο κινητό μου κανονίζοντας τι θα κάνω το βράδυ» εξηγεί ο ερευνητής και συνεχίζει: «Αν η πόρτα του σπιτιού κάνει τον ήχο της πόρτας του αυτοκινήτου θα σταματήσω να μιλάω.Αυτό σημαίνει ότι ο εγκέφαλός μου υποσυνείδητα ελέγχει διαρκώς αν οι πληροφορίες ταιριάζουν στις προσδοκίες του. Η διαρκής αναπροσαρμογή αυτού του τεράστιου όγκου πληροφοριών είναι η βασική ασχολία ενός μεγάλου τμήματος του εγκεφάλου».

Οι ερευνητές δεν γνωρίζουν ακόμη επακριβώς ποιες πληροφορίες συλλέγονται και αποθηκεύονται για αυτή τη χρήση. Οι μελέτες που έχουν γίνει ως τώρα όμως δείχνουν ότι ο εγκέφαλος δεν ασχολείται ιδιαίτερα με τις λεπτομέρειες. Μια γενική εικόνα φαίνεται να αρκεί για να του δώσει τις ενδείξεις που χρειάζεται. «Ο εγκέφαλος έχει εξαιρετική ικανότητα να εξάγει ουσιώδεις πληροφορίες πάρα πολύ γρήγορα, απορρίπτοντας πάρα πολλά πράγματα που δεν είναι βασικά για την κατανόηση μιας κατάστασης. Από πειράματαπου έχουν γίνει συμπεραίνουμε ότι οι πληροφορίες που κρατάει σχηματίζουν μια εξαιρετικά συνοπτική περιγραφή της κάθε κατάστασης».

Σε τι διαφέρουμε από τα ζώα: Ποια είναι η χρησιμότητα όλων αυτών; Φυσικά η επιβίωση. Ο αποκλεισμός των απρόβλεπτων διευκολύνει την προσαρμογή και μειώνει τους κινδύνους. Ο κ. Μούκλι θεωρεί ότι η εγκεφαλική προβλεπτική ικανότητα δεν περιορίζεται μόνο στους ανθρώπους αλλά, σε μικρότερο βαθμό, υπάρχει και στα ζώα, ακόμη και στους απλούστερους οργανισμούς: «Πειράματα έχουν δείξει ότι οι ποντικοί έχουν κάποια ικανότητα ναταξιδεύουν νοερά στον χρόνο. Υπάρχουν ενδείξεις ότι τα ζώα μπορούν σε ένα βαθμό να κάνουν αυτό το νοητικό “μπρος πίσω”.Για μερικά λεπτά στους ποντικούς και, δενξέρω,υποπτεύομαι για μερικές ώρες στις γάτες και ίσως για μερικές ημέρες στους πιθήκους».

Η διαφορά στον άνθρωπο είναι το χρονικό εύρος που μπορεί να καλύψει με αυτά τα νοητικά ταξίδια. «Οταν μπορεί κάποιος να ταξιδεύει νοερά στον χρόνο και να προβλέπει όχι μόνο για μερικά δευτερόλεπτα ή λεπτά αλλά για μήνες και για ένα χρόνο, τότε μπορεί να γίνει γεωργός γιατί ξέρει ότι αν κάνει κάτι συγκεκριμένο στο χωράφι του εφέτος του χρόνου θα έχει κάτι να φάει. Οταν προβλέπει για αρκετά χρόνια μπορεί να κάνει οικονομίες για νααγοράσει κάποτε ένα σπίτι.Αυτά τα τόσο μεγάλα χρονικά πλαίσια πρόβλεψης και σχεδιασμού ίσως είναι μια από τις αιτίες για τις οποίες έχουμε τόσο μεγάλο εγκέφαλο.Ισως αυτό που μας καθιστά ικανούς να κάνουμε κάτι καλύτερο και περισσότερο από τα άλλα ζώα είναι ο χρόνος για τον οποίο μπορούμε να προβλέψουμε» .

Οι έρευνες που διεξάγουν τώρα ο κ. Μούκλι και οι συνεργάτες του επεκτείνονται σε πιο πολύπλοκα ερεθίσματα, όπως τα βιβλία και οι κινηματογραφικές ταινίες. «Ηδη βλέπουμεότι ο οπτικός φλοιός προβλέπει τι θα γίνει μετά στην ταινία» λέει. Το επόμενο βήμα θα είναι να μελετήσουν τι συμβαίνει στον εγκέφαλο ανθρώπων στους οποίους η προγνωστική ικανότητα δεν λειτουργεί σωστά, όπως τα άτομα που πάσχουν από Αλτσχάιμερ ή σχιζοφρένεια, με απώτερο στόχο τη συμβολή στην ανακάλυψη πιο αποτελεσματικών θεραπειών.

H Εγκεφαλική «Θεωρία Των Πάντων» Η θεωρία της προγνωστικής κωδικοποίησης- το ότι δηλαδή ο κύριος ρόλος του εγκεφάλου δεν είναι να αντιδρά στα εξωτερικά ερεθίσματα αλλά να προβλέπει τα μελλοντικά- δεν είναι καινούργια. Η ιδέα του «Μπεϊζιανού εγκεφάλου», η οποία υποστηρίζει ότι το νευρικό σύστημα όταν συναντά καταστάσεις αβεβαιότητας εξάγει πληροφορίες με έναν τρόπο παρόμοιο με αυτόν της Μπεϊζιανής Στατιστικής, έχει τις ρίζες της στον 19ο αιώνα. Τελευταία όμως, χάρη σε νέες έρευνες, έχει βρει μεγαλύτερο έρεισμα.

Η πιο σημαντική πρόταση του είδους είναι γνωστή ως «αρχή της ελεύθερης ενέργειας» και διατυπώθηκε πριν από δύο χρόνια από τονΚαρλ Φρίστον, νευροεπιστήμονα του University College του Λονδίνου. Χαιρετίστηκε από ορισμένους ως η πιο «δυνατή» θεωρία που έχει προταθεί ως σήμερα στη γνωσιακή νευροεπιστήμη- μια «θεωρία των πάντων» για τον εγκέφαλο. Χρησιμοποιώντας «σταθερούς» μαθηματικούς τύπους- και όχι εμπειρικά εργαστηριακά πειράματα που μπορούν να ανατραπούν- ο κ.Φρίστον έδειξε πώς τα πρότυπα του εξωτερικού κόσμου που κωδικοποιεί ο εγκέφαλός μας «ενημερώνονται» διαρκώς με νέες πληροφορίες με στόχο την ελαχιστοποίηση της «ελεύθερης ενέργειας», δηλαδή των διαφορών τους από αυτό που πραγματικά συμβαίνει «έξω» από το μυαλό μας.

Πρόγνωση, το κλειδί της Τεχνητής Νοημοσύνης: Μία ενδιαφέρουσα άποψη για την προγνωστική λειτουργία του εγκεφάλου προέρχεται από έναν εκπρόσωπο του κόσμου των ηλεκτρονικών υπολογιστών.Ο Τζεφ Χόκινς, εφευρέτης των υπολογιστών παλάμης Ρalm Ρilot και Treo,θεωρεί τη μελέτη του ανθρώπινου εγκεφάλου τόσο σημαντική για την υπολογιστική ώστε επέστρεψε στα θρανία για να σπουδάσει νευροεπιστήμη και ίδρυσε το Κέντρο Θεωρητικής Νευροεπιστήμης Ρέντγουντ.

Πιστεύει ότι η μόνη οδός για την ανάπτυξη μιας πραγματικά «έξυπνης» τεχνητής νοημοσύνης είναι η σφαιρική κατανόηση των εγκεφαλικών λειτουργιών και ιδιαίτερα της προγνωστικής κωδικοποίησης και της ανάδρασης του φλοιού. Υποστηρίζει ότι ο φλοιός έχει ένα υψηλό πρόγραμμα το οποίο επεξεργάζεται τα δεδομένα και ένα ανώτερο αντίστροφο πρόγραμμα το οποίο προβλέπει τις επερχόμενες πληροφορίες. Αν κατορθώσουμε να τα αντιγράψουμε, λέει, θα μπορέσουμε να φτιάξουμε υπολογιστές ικανούς να κάνουν προβλέψεις και να αντιδρούν πιο σωστά στις διάφορες καταστάσεις.

Φαφούτη Λαλίνα 30/5/2010