Az agyi területek összhangjának és működési módjainak összehangolása I: a homloklebeny, mint a tudatosság központja
Visszatérünk az agysétához, amiben legutóbb az agy pillanatról-pillanatra változó funkcionális hálózatait mutattuk be, melyekben a feladat függvényében, más-más összekapcsolt agyterületek vesznek részt.
Felmerül a kérdés: De mi szervezi meg, hogy egy-egy esetben, egy inger érkezésekor, egy feladat megoldásakor, a különböző agyi területek más-más hálózatokban és megfelelő időzítésben működjenek együtt?
Minden jel arra mutat ebben a homloklebenynek, a kéreg alatti területeknek, illetve ezek együttműködésének van szerepe.
Két dolgot kell megszervezniük:
1) mely agyterületek legyenek bekapcsolva, és
2) milyen időzítésben váltsanak a működési módok között, hogy hatékonyan tudjanak kommunikálni. Erről szól az elkövetkező néhány bejegyzés.
Az agyműködés szervezésének megértésében számomra Stanislas Dehaene francia neuropszichológus kísérleti eredményeinek megismerése megvilágosodás-szerű élményt nyújtott. Úgy éreztem az idegsejtektől a tudatosságig vezető útvonal hiányzó viaduktját állította fel. Összekötötte az általam tanulmányozott és valamelyest ismert idegsejt-kishálózatok szintjét a meta-hálózatok (agykérgi területek) dinamikájával. Többek között ennek az élménynek a hatására kezdtem el írni a blogot, hogy el tudjam mesélni az érdeklődőknek, hogyan alkotnak az idegsejtek gondolkodó agyat.
Dehaene az „inattentonal blindness”, azaz a „figyelemi vakság” jelenségét vizsgálta munkatársaival: Miért nem látunk gyakran egyértelmű, szemünk előtt levő dolgokat?
A jelenségre egy jól ismert példa a „láthatatlan gorilla esete”. Ez egy híres 1999-es kísérlet, mely a YouTube-on is megtalálható. És itt lehet róla bővebben olvasni. A kísérletben a kutatók egy rövid, kosárlabdázó emberekről készült videofelvételt vetítettek le a résztvevőknek. A feladat az volt, hogy számolják össze, hány passzt hajtanak végre a fehér ruhába öltözött játékosok. A felvétel felénél egy gorillajelmezbe öltözött alak vonult át a játéktéren, és még egy rövid táncot is lejtett. Amikor a videó után megkérdezték az embereket láttak-e valami furcsát, a résztvevőknek több mint fele nem vett észre semmit. A gorillát észre sem vették, annyira a számolásra koncentráltak. Amikor újra megnézették velük a videót megdöbbenve vették észre a gorillát. Az első alkalommal figyelmük teljesen más irányba irányította észlelésüket és tudatukat.
Dehaeneék „inattentional blindeness”-t vizsgáló kísérlete érthetően egyszerű, bár komoly technológia szükséges hozzá (fMRI és/vagy sokcsatornás EEG). Arra voltak kíváncsiak, mi a különbség az agy működéseben akkor, amikor egy inger tudatosodik, szemben azzal amikor nem tudatosodik? Létezik egy jelenség, ami könnyen előidézhető. Ha valakinek mutatunk egy tárgyat, meg tudja mondani mi az. Ha egyre rövidebb időre villantunk fel neki valamit, akkor eljön az a pillanat, hogy nem biztos, hogy meg tudja mondani mit látott. 
Dehaene erre a jelenségre alapuló kísérlete a következőképpen zajlott. Kísérleti alanyokat, akiknek az agyműködését fMRI-vel vagy sokcsatornás EEG-vel mérte, leültetett egy monitor elé, amelyen nem látszott semmi (csak fehér képernyő vagy zaj). Kis várakozás után egy rövid időre felvillantott egy képet, majd újra az üres képernyőre kapcsolt. Ha a kísérleti alany látni vélt valamit, akkor meg kellett nyomnia egy gombot. A felvillantás idejét változtatva elérhető, hogy minden alany az esetek felében lássa a tárgyat, felében ne.
A kérdés itt: Mi az, hogy látja?
Fizikailag minden esetben megjelent a kép, de agyában annak látványa nem mindig tudatosodott. Jónéhány ismétlés után a kutatók összeátlagolták az agyműködés alakulását a látta és a nem látta esetekben. Erre ugye azért van szükség, mert pl. az fMRI viszonylag lassú, másrészt -mint épp most, a funkcionális hálózatoknál írtuk- az agynak vannak belső, a felvillant képektől független állapotváltozásai is. Ezek zavaró hatását sok kísérlet átlagolásával el lehet tüntetni.
Mi volt az az érdekes jelenség, amit Dehaene-ék láttak?
Azt mérték, hogy függetlenül attól, hogy az alany látta-e a képet vagy nem, a felvillantást követően az elsődleges látókéregben elkezdett felépülni egy aktivitás, mely tovaterjedt a látórendszeren, követve azt az agykéreg területről agykéreg területre ugráló hierarchikus feldolgozási láncot, amit a percepcióról szóló bejegyzésekben bemutattam. Az első 300msec-ben (a másodperc harmada) a feldolgozás már viszonylag magas szinten állt, aktiválódtak a Hol? és a Micsoda? feldolgozására szakosodott másodlagos és látó asszociációs területek.
Viszont! 300msec-nél több idő eltelte után a két esetben teljesen eltérő módon változott tovább az agy aktivitása. Amikor az alany nem érzékelte a képet, az nem tudatosodott, az agyi aktivitás elkezdett csökkeni, majd elhalt. Abban az esetben amikor tudatosodott benne, hogy lát valamit, az agyi aktivitás még további 300-500msec-ig (összesen közel egy másodperc) tovább növekedett. Egyrészt, tovább terjedt a feldolgozási láncon előre a (fronto-parietális) multimodális asszociációs kérgi területek, majd a homloklebeny felé. Másrészt, a homloklebeny aktivációját követően megerősödött az aktivitás a feldolgozási lánc alacsonyabb lépcsőin, valamint újabb, magasabb rendű agyterületek kapcsoltak be és hangolódtak össze a többi agyterülettel. Beindultak a top-down hatású visszacsatolások, melyek a látott dolog megfelelő szintű modelljeit aktiválták szerte az agykéregben.
Hasonlíthatjuk ezt egy pletyka vagy egy hír terjedéséhez. A nem túl érdekes pletyka elkezd terjedni, de nem lesz sikeres és elhal. Egy keményebb hír már hatékonyabban terjed, eljut sok emberhez, és eközben új információk és más terjedési módok is hozzájárulnak viralitásához. Akár hatóságok is bekapcsolódnak a hír hatásának kezelésébe. Bekerül a társadalom tudatosságába.
Úgy tűnik, összefüggés van a között, hogy a kísérleti alanyok tudatos érzékelésről számoltak be, valamint, a homloklebeny aktiválódását követő bonyolult agyi összhang között. De, mint tudjuk, nagyon nagy hiba összekeverni az összefüggést (korreláció) az oksággal (kauzalitás). Ha két dolog együtt változik, annak lehet akár közös oka is, nem pedig ok-okozati összefüggés a két dolog között. Nos ennek is utánajártak az alapos kutatók.
Létezik egy módszer: TMS-nek, Transcranial Magnetic Stimulation-nek, azaz Koponyán Keresztüli Mágneses Ingerlésnek hívják. Itt egy igen erős elektromágnest helyeznek el a koponya felszínén, a vizsgálni kívánt agykérgi terület fölé. Ha a mágnest egy pillanatra bekapcsolják, annak változó mágneses tere áramokat kelt az idegsejtekben, ezzel megzavarja az agykéreg információfeldolgozását és így pontos időzítéssel ki lehet kapcsolni egyes agyterületeket. Nos a kutatók egy ilyen mágnest helyeztek el a kísérleti alanyok homloklebenye fölé. Ha 300msec-el a kép felvillantása után bekapcsolták a mágnest, akkor képesek voltak megakadályozni, hogy a kísérleti alanyok agyában tudatosodjon, amit láttak és nem alakult ki további növekedett és összehangolt aktivitás. Máskor használva a mágnest nem figyeltek meg ilyen hatást. Tehát, ha a megfelelő pillanatban kiiktatták a homloklebenyt, akkor a 300msec-et követő időben nem fejlődött tovább az agy aktivitása, és nem kapcsolódtak be további területek az inger feldolgozásába, az inger nem tudatosodott. Ez már az okság bizonyítéka, a homloklebeny felelős a tovább növekedő, összehangolt aktivitásért.
A kísérletből több, meglehetősen nagyhatású, talán merésznek tekinthető következtetést lehet levonni:
1) A homloklebeny működése szükséges a tudatosság kialakulásához. A homloklebeny irányítja, hogy a megfelelő agyterületek működése pontosan, pillanatról pillanatra legyen összehangolva.
2) Viszonylag bonyolult feldolgozás történik még akkor is, amikor az inger nem tudatosodik. Úgy tűnik Freudnak igaza volt, létezik tudat alatti, olyan agyi folyamat, mely nem tudatosodik, de befolyásolja döntéseinket. Bár a pontosság kedvéért meg kell jegyezzük, a Freudi tudatalatti nem teljesen fedi a nem-tudatosodó agyi folyamatokat, amikről itt beszéltünk.
3) Ennek aztán komoly filozófiai és jogi vonzatai lehetnek. Lásd a „szabad akarat” és a „felelősek vagyunk-e a tetteinkért?” kérdésköröket. Ezekbe majd később megpróbálom beleütni az orromat.
A tudattalan, de gyors feldolgozást kihasználó technológia használatával kísérletezett az amerikai hadsereg (Neuro-adaptive image triage avagy EEG-alapú gyors képfeldolgozás), még mielőtt Dehaene elvégezte volna kísérleteit vagy az AI forradalom megindult volna. 
A robotrepülőkről és műholdakról hatalmas mennyiségű fénykép érkezett, melyeket szakembereknek kellet feldolgozna, látszik-e rajtuk valami katonailag fontos dolog. A képernyők előtt ülő szakembereknek több ezer képet kellett megnézniük naponta. Ez egy lassú folyamat. Rájöttek arra, hogy amikor valami keresett dolog van a képen, akkor már a látásfeldolgozás viszonylag alacsony szintjén álló, gyorsan aktiválódó agyterületekről elvezethető egy EEG jel, mely potenciális találatot jelez. Az ezt használó módszer lényege, hogy gyakorlatilag észlelhetetlen sebességgel pergetik a képeket a szakembereknek, és amikor az EEG mutat egy találatot, akkor azt a képet megállítják és megvárják, hogy a tudatos feldolgozás is megtörténjen, tényleg valami fontos van-e a képen. Így jelentősen lehet gyorsítani a képek böngészését. Bár, hogy őszinte legyek nem lennék ilyen kísérleti nyúl. Ki tudja mekkora fejfájást kaphat valaki, ha órák hosszat nagy sebességgel látszólag értelmezhetetlen képek pörögnek a szeme előtt.
Hogy a kísérlet eredményeiről milyen következtetéseket lehet levonni a tudat kialakulásával kapcsolatban, azt a következő bejegyzés mutatja be.
Szerző: Gulyás Attila