Agyunk PPU-ja a kisagy!

A kisagyat sokáig csak a mozgásösszehangolás elemének tartották és ezért nem gondolták, hogy fontos lenne a tudatosság kialakulásában. Ez a nézet onnan ered, hogy a kisagy sérülései legszembetűnőbben a mozgáskivitelezésben (de nem a tervezésen) okoznak zavarokat. A sérültben a mozgás koordinálatlan, szaggatott lesz, a mozgásfázisok időzítése rossz, egyensúlyát veszti, szemmozgásai zavartak. Amikor azonban finomabban megvizsgálták a tüneteket kiderült, hogy nem csak a beszéd képzése zavart, hanem a gondolkodás elemei is: a szavak megértése, a figyelem megosztása, a fejszámolás, betűfelismerés és a személyes emlékek felidézése is nehézségekbe ütközik.

A kisagy az emberi agy tömegének 10%-á adja, de az agyban található idegsejteknek több mint a fele található itt. Idegsejthálózatainak viszonylag „egyszerű” kapcsolatrendszerének leírásában Szentágothai Jánosnak meghatározó szerepe volt.

Hasonlóan az agykéreghez, a kisagyban ugyanolyan modulok ismétlődnek milliószor, csak az egyes területek máshonnan kapják bemeneteiket. Az evolúció során a kisagy mérete arányosan követte az agy többi részének fejlődését (kivételt tesz néhány elektromos érzékszervekkel rendelkező hal, ahol a kisagy hatalmas). Az emberben, ahogy az agykéreg hatalmasra nőtt a kisagy is több mint kétszer nagyobb, mint más emlősökben. Figyelemre méltó, hogy ahogy az evolúció során fejlődő agykérgekben egyre bonyolultabb funkciók jelentek meg, ezeket a funkciókat támogató területek párhuzamosan a kisagyban is kialakultak.
A kisagy az utóagy tetején ül és hatalmas idegpályákkal kapcsolódik mind a felette található agykéreghez, mind az alatta található gerincvelőhöz. A gerincvelő adatokat szállít számára a test helyzetérő, az izmok és ízületek pozíciójáról, terheléséről, de meghatározó fontosságú információkat kap a középfülben található egyensúlyszervből is. A kisagy az agykéreggel (elsősorban a mozgató területekkel) kölcsönös kapcsolatban áll, átkapcsoló állomásokon keresztül.
A mozgásszervezésben szerepe az, hogy az agykéregben (valamint striátum és talamusz) kidolgozott mozgási szándékokat a test aktuális állapotának (végtagok állás, izmok terhelése) megfelelő izommozgásokká alakítja. Számítógépes hasonlattal élve a kisagy úgy viszonyul az agykéreghez, mint a PPU a CPU-hoz. Mint feljebb írtam a számítógépben a CPU = central processing unit = a processzor képes arra, hogy különféle okos programokat futtasson. Ha azonban egy olyan feladatot kell megoldania, amiben nagyon sok fizikai objektum hat kölcsön egymással, például azt kell kiszámolnia hogyan dől össze egy téglákból álló épület, vagy hogyan kavarognak a hópelyhek, a CPU nagyon lassan boldogul, mert ez egy speciális feladat, amit nem tud igazán hatékonyan megoldani. Az elmúlt években már okos telefonjainkban is van PPU, phisics processing unit, azaz fizikai processzor, mely képes arra, hogy a fizikai világ jelenségeit igen hatékonyan modellezze. Egy PPU jóval kevesebbet tud, mint egy CPU, csak viszonylag egyszerű, a világ fizikai kölcsönhatásait (impulzus, forgatónyomaték, súrlódás, rugalmas és rugalmatlan ütközés) leíró számításokra képes, de egyszerre több ezer párhuzamosan dolgozó elemet tartalmaz, melyek több ezer tárgy kölcsönhatását képesek igen gyorsan számolni. Amikor egy számítógépes játékban összedől egy híd, a CPU a híd elemeinek helyzetét és mondjuk a robbanás irányát megadja a PPUnak, utána mossa kezeit, hátradől, a híd összeomlásának kiszámítása a PPU dolga. A CPU már foglalkozhat mással.

Geekeknek: a cikk második olvasására rájöttem, hogy a kisagy nem is igazán a PPU-val, hanem a Google által  kifejlesztett speciális hardwarrel, a TPU-val, Tensor Processing Unit-al analóg.  Ezeket a mesterséges intelligenciához használt neuronhálózatok futtatására használják és hatalmas mennyiségű, párhuzamos vektor és mátrix művelet elvégzését teszik lehetővé. A kisagyrnak vannak olyan évtizedes modellejei, melyek a kisagyban egymásra merőlegesen futó axonok és dendritek mintázata alapján feltételezik, hogy az agyi mintázat vektorokban reprezentált mozgási parancsokat a kisagy mátrixműveletek útján alakítja izommozgás parancs vektorokká a test mindnekori helyzetének függvényében.

A kisagy és az agykéreg hasonló módon működik együtt. Az agykéreg azt dolgozza ki, hogy mit és hol akarunk megragadni, hova mozgatni, vagy mi honnan hova akarunk elmozdulni. Egy mozdulatot számtalan módon lehet azonban végrehajtani. Ha szilárdan állunk máshogy nyúlunk valamiért, mint mikor a létra tetején egyensúlyozunk. Egy nehéz dolgot más mozdulattal emelünk meg, mint egy könnyűt. Az eltérő esetekben más izomcsoportokat más időzítésben és más erőkkel mozgatunk. A kisagy szerepe az, hogy miután az agykéregtől megkapta a kivitelezendő mozgást, a test izmaiból, ízületeiből és inaiból, valamint az egyensúly szervből érkező információk alapján kidolgozza azt, hogy az adott pillanatban mely izmokat és hogyan kell használni, hogy biztonságosan végrehajthassuk, amit agykérgünk parancsolt. A kisagy kimenete elsősorban gátló, megvétózza azokat a mozgásokat, amiket testünk aktuális állapotában nem tudna vagy nem lenne biztonságos végrehajtani. Ezt a vétót mindenki megtapasztalhatja, aki tud kerékpározni. Üljön fel a bringájára, induljon el, majd határozza el, hogy elesik. Nem megy, valami megakadályozza, valahogy nem akaródzik. A mozgástervezés automatikus részei nem tudatosodnak csak az elhatározás (az se mindig), illetve a kivitelezett mozgás. Mint a negyedik részben majd látjuk a tudatosságba kerülés nagy megtiszteltetés, mert egyszerre csak kevés dologra tudunk figyelni, és az az agy nagyon sok erőforrását lefoglalja. Ezért ami megy magától, tudattalanul az nem is tudatosodik, mert nem kell. A bicikli példa esetében a nem tudatosodó tiltások azok a „valamik” amik megakadályozzák hogy felborítsuk magunkat.

Ezzel le is zártuk a túra első részét. Irány a hálózatok viselkedése!

Szerző: Gulyás Attila