SzürkeÁllomány.Agyséta

Mielőtt továbblépünk a szinaptikus kapcsolatrendszerek kialakulásának programjára, egy fontos folyamatot meg kell még említeni, mert szükség lesz rá a továbbiakban. Az alanti ábra a szinapszisok számát mutatja a fejlődő agyban. Az ábrán nincs rajta, de az idegsejtek száma is hasonlóan változik (bár korábban kezd nőni mint a szinapszisszám). Az embrionális fejlődés során az idegsejtek, majd ezt követve a szinapszisok száma is meredeken növekszik. Születés előtt a legmagasabb, majd a kamasz korig először gyorsan majd lassabban csökken. Kamasz kor után az idegsejtek száma egészséges esetben nem változik, de a szinapszisok száma lassan csökken. Az ábra azt is mutatja, hogy az autizmusban és a skizofréniában a számok változása jellegzetesen eltér, illetve, hogy Alzheimer kórban erősen csökkenni kezd a szinapszisszám (zöld egészséges, sárga Alzheimeres eset). Tehát először számfeletti idegsejtünk és szinapszisunk alakul ki, hogy a fejlődési programnak legyen miből vágnia. Ezt a sejtpusztulási időszakot az előző bejegyzés második ábráján az Apoptózis (programozott sejthalál) periódusa jelzi.

Az agyfejlődés bizonyos elemeiről már beszéltünk korábban. Az agyfejlőd kettő, eltérő program alapján futó fázisra osztható:
1) az idegrendszer felépülése, az agy anatómiai fejlődése a genetikai program alapján, mely felhasználja a test többi részéből érkező kémiai és szomszédsági információkat. Ez elsősorban az embrióban és a magzatban zajlik, de emberben kamaszkorig eltart.
2) a szinaptikus kapcsolatok érése, a tanulás, mely a fejlődő idegrendszer által létrehozott jelek és a külvilágból érkező információ alapján, a Hebb szabályt felhasználva alakítja ki a szinapszisok erősségét, és tünteti el a felesleges kapcsolatokat. Ezek a folyamatok születés után indulnak be igazán és életünk végéig tartanak. A legnagyobb átalakulás kisgyermek és kamaszkorban történik.

Elő a túracipőt, folytatódik az agyséta!

A jelenség, ahogy a látórendszer nagyon egyszerű szabályok alapján felépíti magát a környezetből származó, megbízható ingerek alapján (lásd A macskakölyök meséjét) általános a biológiában. De egy bonyolult szervezetet nem is lehetne másképp előállítani. Az emberi DNSben 3 milliárd bázispár van, ennek információ tartalma bitben számolva 6x10⁹. Ha ezt összehasonlítjuk az emberi agyban található szinapszisok számával, ami 10¹⁵, akkor az a teljesen valószínűtlen szám jön ki, hogy egyetlen bit genetikai információ kb. 1 millió szinapszis felépítését kódolná.

„No de hát az örvényféreg esetében a gyors, párhuzamos megoldást végül is sikeresen leprogramoztuk soros feldolgozáson alapuló számítógépes nyelven!” – mondja a gyors észjárású kötekedő. Igen, ez a harmadik fontos gondolat: a soros és a párhuzamos megoldás átalakítható egymásba. Egy soros feldolgozás megvalósulhat egy párhuzamos rendszeren és fordítva. Agyunk ezt a megoldást használja is majd a logikus, tudatos gondolkozás létrehozásához.

Most, hogy átvettük a kétrétegű és a visszacsatolt idegsejt hálózatok működését, tanulási szabályait és hogy mikre képesek, meg kell alapoznunk néhány fontos gondolatot, mert a továbbiakban többször előbukkannak majd és a séta végére, a tudatosság kialakulásának megértésénél szükségünk lesz rájuk.
Az első gondolat, amire fentebb láthattunk példát, hogy egy feladatot többféle, akár teljesen eltérő alapelveken nyugvó módon is megoldhatunk, megoldhat az idegrendszer. Feladata válogatja, hogy melyik esetben melyik megközelítés a hatékonyabb.
A másik, konkrétabb gondolat, hogy a megoldásnak van egy soros és párhuzamos módja.

A Konnekcionizmus második felvirágzását McClelland és Rumelhart 1986-os könyve alapján PDP-nek, Parallel Distributed Processing-nek hívják, ami magyarul annyit tesz Párhuzamos, Elosztott Feldolgozás. Ők itt az idegsejtek és hálózatok matematikai leírást finomították, megjelentek a többrétegű hálózatok, amelyekben a bemeneti és a kimeneti réteg között rejtett (hidden) rétegek is voltak. Illetve rájöttek arra, hogy egy modell idegsejt hálózat jobban működik, ha az idegsejtek küszöbfüggvénye nem lineáris, hanem szigmoid. Ez magyarra fordítva azt jelenti, hogy a sejt kimenete nem egyszerűen a bemenet összegével arányos, hanem a küszöbérték körül jelentősen megnő a kimenet erőssége. Ebbe most ne menjünk bele miért működik a lényeg az, hogy sokat használ.

A második évadnak ez a legfontosabb fejezete. Mielőtt beleássuk magunkat egy nagyon valós idegsejthálózat, az agykérgi modul működésébe, összeszedjük mit tudtunk meg az egyszerű idegsejthálózatkról az eddigi mesékben.

A bejegyzésben azt járjuk körül, hogy az a tény, hogy az agyi idegsejthálózatokban rengeteg helyen figyeltek meg visszacsatolásokat hogyan járult hozzá, a percepció, az érzékelés régi modelljének gyökeres átalakításához.
A bejegyzés egy nagy előreugrás az #agyséta szerveződési szintekre épülő logikájában, de az #agykérdések rovatban hamarosan megjelenő bejegyzések megalapozásához szükség van a belső modelleken alapuló percepció modell bemutatására.

A kutya, a tengeri nyúl és a csikóhal meséi arról szóltak, hogyan tanul egyetlen idegsejt és ezáltal az idegrendszer hogyan képes egyszerű, változó környezetben is megfelelően működő válaszokat mutatni. A mátrix memória példáján bemutattuk az asszociatív tanuló hálózatok képességeit. Röviden átvettük mi az a receptív mező és a populációs kód. Ebben a mesében, a macskakölyök meséjében, azt folyamatot járjuk körül, hogy hogyan alakul ki az agyi idegsejtek működő hálózata és egy ilyen hálózat mire képes.