Twoja wyszukiwarka

ANDRZEJ MICHALSKI
OKNO NA ŚWIAT
Wiedza i Życie nr 3/2000
Artykuł pochodzi z "Wiedzy i Życia" nr 3/2000

Mózg człowieka sam potrafi bronić się przed nadmiarem informacji. Dzięki temu może dokładniej przeanalizować to, co naprawdę ważne.

W wielu kulturach i religiach powtarza się ten sam schemat: mędrzec spędza życie na medytacji lub szuka odosobnienia w pustelniach. Dzięki temu zyskuje spokój, głębokie skupienie, łączność z Bogiem. Tak było od wieków, tak jest w wielu rejonach świata do dziś. Nie tylko w Tybecie czy Indiach. Stare, nieraz bardzo egzotyczne, techniki robią zawrotną karierę także w zabieganych i dalekich od mistycyzmu środowiskach wielkomiejskich w Europie czy Ameryce.

Czemu zawdzięczają swoją popularność? Czemu właściwie służą? Odpowiedź wydaje się oczywista: ochronie ludzkiego mózgu przed zalewem informacji. Człowiek zawsze poszukiwał takiej ochrony, a obecnie jest ona szczególnie ważna. Nie tylko dlatego, że gwałtownie zwiększa się ilość informacji. Również dlatego, że coraz doskonalsze metody wymuszają jej przyjęcie. Bo czymże innym jest na przykład skuteczna reklama?

Teoria informacji, gałąź nauki próbująca ściśle zdefiniować pojęcie informacji i zmierzyć jej ilość, to nauka naszego wieku, a właściwie jego drugiej połowy, kiedy wraz z nastaniem ery komputerów przeżyła gwałtowny rozwój. I właśnie oswojenie się z jej pojęciami pomogło w zrozumieniu, jaki ogrom informacji bezustannie atakuje ludzki mózg. Aby dać sobie z tym radę, musi być on trochę jak żołnierz w czasie niebezpiecznego patrolu niby widzi i słyszy wszystko, a jednak nie analizuje piękna kształtów chmur i nie słyszy śpiewu ptaków, bo nie mógłby właściwie wykonać zadania. Choć jeszcze mało wiemy o sposobach biologicznego kodowania i przetwarzania informacji, trudno sobie wyobrazić działanie mózgu bez sprawnego filtra odcedzającego wszystko, co nieistotne, niezależnie od tego, czy dociera do mózgu za pośrednictwem wzroku, słuchu, dotyku, czy innych zmysłów.

Badając bardziej złożone funkcje mózgu - a do takich bez wątpienia należy filtrowanie informacji - jesteśmy w znacznej mierze skazani na eksperymenty z ludźmi. Z tego prostego powodu, że niezwykle trudno nakłonić zwierzę do zrobienia tego, co chcemy. Podstawowym warunkiem jest jednak całkowite bezpieczeństwo badanego. Najbardziej rozpowszechnioną metodą w eksperymentach z udziałem ludzi jest odbiór sygnałów elektrycznych z powierzchni skóry głowy, czyli elektroencefalografia (EEG), stosowana też w diagnostyce medycznej [patrz: Pod prądem z cyklu Tajemnice ciała, "WiŻ" nr 8/1998]. W zapisie EEG wyróżnić można fale o różnej częstotliwości oraz amplitudzie i właśnie dzięki ich charakterystycznym kształtom rozpoznaje się np. padaczkę. W ten sposób nie da się jednak wydobyć sygnału elektrycznego wytwarzanego przez mózg w odpowiedzi na dochodzące z zewnątrz bodźce świetlne, dźwiękowe czy dotykowe. Jest zbyt słaby i w dodatku zamaskowany przez fale EEG nie związane z tym, co akurat interesuje badacza.

Na szczęście tę przeszkodę można pokonać, jeśli mózg będzie wielokrotnie bombardowany tym samym bodźcem. A to dlatego, że po uśrednieniu wszystkich jego reakcji fale nie związane z naszym bodźcem, które są z natury rzeczy przypadkowe raz mają amplitudę dodatnią, innym razem ujemną wzajemnie się wygaszą. W uśrednionym zapisie pozostaną więc tylko te, które chcemy wydobyć, ponieważ wzajemnie się wzmocnią, właśnie dlatego, że nie są przypadkowe. Uśredniony potencjał, zwany najczęściej potencjałem wywołanym, pokazuje więc tylko tę część elektrycznej aktywności mózgu, która była związana z analizowanym bodźcem. Nie trzeba chyba dodawać, że choć pomysł uśredniania przebiegów EEG nie jest nowy, jego upowszechnienie jest ściśle związane z rozwojem komputeryzacji.

Dość dokładnie opisałem metodę potencjałów wywołanych, ponieważ właśnie dzięki niej w ostatnich latach uzyskano interesujące dane związane z selekcją informacji dochodzących do mózgu. Od dawna wiadomo, że reakcja mózgu na dwa identyczne bodźce prezentowane tuż po sobie nie jest identyczna. Ten drugi wywołuje słabszą reakcję. Niedawno sporo rozgłosu wywołały doniesienia, że efekt ten nie występuje lub jest znacznie słabszy u chorych na schizofrenię. Czyżby wskutek uszkodzenia mechanizmów wygaszających nieistotne bodźce mózg zalewany był informacjami, których nie jest w stanie przetworzyć? Za wcześnie na takie wnioski, ale może warto podążać tym tropem.

Jeszcze ciekawsze wyniki uzyskano, kiedy zamiast jednego - wyliczano dwa, a nawet więcej potencjałów wywołanych, i to przez bodźce przypadkowo przemieszane w czasie. Dzięki temu uśrednione potencjały powstawały jakby jednocześnie, można więc było bardzo precyzyjnie porównywać je ze sobą. To proste ulepszenie otworzyło nowe, ogromne pole badań. Każdy bodziec ma przecież wiele różnych cech, które są z nim związane w sposób nierozerwalny. Nie można np. zapalić światła o określonej barwie, ale bez jasności. Z łatwością można natomiast wytworzyć dwa bodźce różniące się tylko jedną cechą, na przykład barwą, i badać potencjał odpowiadający właśnie tej różnicy. Jeśli tak, to dlaczego cechą odróżniającą od siebie dwa bodźce nie miałoby być ich znaczenie? Pomysł to prosty i zarazem atrakcyjny; pierwsze doświadczenia tego typu wykonano już w drugiej połowie lat sześćdziesiątych, a ich wynik był spektakularny.

Odkrycie fali P300 stało się sensacją przede wszystkim dlatego, że po raz pierwszy odebrano sygnał, który został wywołany nie samym bodźcem, lecz czymś, co działo się w mózgu potem. Innymi słowy, pokazano, że "decyzja" mózgu, czy jakiś bodziec jest ważny, czy nie, ma swe odzwierciedlenie w jego aktywności elektrycznej. Ale zaskakujące było również i to, że fala jest dodatnia. Taka fala, jak wykazały liczne doświadczenia, wiąże się ze zmniejszeniem reaktywności w korze mózgu, czyli - mówiąc po prostu - z jej wyciszeniem. A w przypadku analizowania ważnego bodźca bardziej naturalna byłaby fala ujemna, sygnalizująca pobudzenie.

Występowanie fali P300 wkrótce potwierdzono dla wszelkiego rodzaju bodźców, nie tylko wzrokowych. Udowodniono też, że praktycznie jest ona niezależna od fizycznych właściwości bodźców, np. ich intensywności. Ale pojawiły się też znaki zapytania. Okazało się, że fala P300 maleje, gdy bodziec prezentowany jest zbyt często. Co więcej, może się pojawić nawet wtedy, gdy zabraknie bodźca, jeśli w danej sytuacji zawsze się pojawiał. Stwierdzono ponadto, że fala P300 zmniejsza się w niektórych stanach patologicznych, np. w alkoholizmie, a u osób starszych pojawia się później. Próbowano też powiązać ją z poziomem inteligencji, ale nie znaleziono tu korelacji.

Do dziś nie wiemy, co dokładnie obrazuje fala P300. Istniejące hipotezy bliższe są psychologii niż fizjologii. Według najbardziej znanej, zaproponowanej przez Emanuela Donchina z University of Illinois, pojawia się wtedy, gdy nasz wewnętrzny model rzeczywistości trzeba uaktualnić pod wpływem nowej, istotnej informacji. Tylko jak to przełożyć na ścisłe pojęcia fizjologiczne?

Bardziej nadaje się do tego hipoteza zaproponowana przez Thomasa Elberta z Uniwersytetu w Münster i Brigitte Rockstroh z Uniwersytetu w Konstancji, która zakłada, że fala P300 miałaby być odzwierciedleniem mechanizmu regulacji progów pobudliwości w korze mózgu. Ale tu znów pojawia się problem, jak to przełożyć na język zrozumiały dla niespecjalistów? Spróbujmy ująć rzecz najprościej. Informacja dochodząca do mózgu jest opracowywana w korze. Po rozpoznaniu bodźca i wstępnej ocenie jego znaczenia informacja trafia do głębokich, podkorowych struktur mózgu, gdzie prawdopodobnie rodzą się nastroje, ogólny poziom uwagi itp. Tu zapada ostateczna decyzja, czy bodziec jest ważny, czy nie, a informacja na ten temat wraca do kory. Zgodnie z hipotezą niemieckich naukowców, powracający sygnał wycisza neurony korowe, jeśli bodziec był ważny, czyli hamuje reakcje na inne bodźce, a nawet przerywa "swobodny ciąg myśli", jak ujmują to autorzy. A wszystko po to, żeby nic nie zakłócało analizy nowej, ważnej informacji.

Teoria regulacji progów jest dla fizjologa atrakcyjna z kilku powodów. Mówi o konkretnych połączeniach, o których wiemy, że istnieją w mózgu. Wyjaśnia, dlaczego fala P300 jest dodatnia. A ponadto pobudliwość kory mózgu można przecież sprawdzić, zatem teorię można poddać doświadczalnej weryfikacji.

Mówiąc najprościej - potwierdza to przedstawioną powyżej hipotezę, że ważna informacja odebrana przez mózg czyni go niewrażliwym na inne bodźce. Mechanizm taki oczywiście nie wyczerpuje zagadnień związanych z selekcją informacji, może jednak być jednym z jej wielu ogniw. W każdym razie jest to bardzo dobry punkt wyjściowy do nowych doświadczeń.

Tu pojawia się jednak problem o kapitalnym znaczeniu praktycznym. Co się dzieje, gdy do mózgu docierają dwie ważne informacje równocześnie lub bezpośrednio po sobie? Okazuje się, że wtedy potencjał P300 wywo- ływany przez każdy z nich będzie znacznie mniejszy, wręcz podzieli się pomiędzy nie. Czyżby mechanizm "ochrony" bodźców istotnych przed nieistotnymi tak szybko osiągał kres swoich możliwości? A co się stanie, jeśli będzie kilka ważnych bodźców? Dziś wydaje się, że choć wstępna analiza bodźca jest stosunkowo prosta i możliwe są równoczesne reakcje na wiele z nich, to później tak bardzo się komplikuje, że możliwości naszego mózgu bardzo szybko się wyczerpują. Czy jest to interpretacja słuszna, trudno powiedzieć. Chcę ją jednak przedstawić szczególnie tym czytelnikom, którzy zapomnieli wyłączyć telewizor przed rozpoczęciem lektury.

Proszę spojrzeć na rysunek obok, przedstawiający podobne, lecz współcześnie wykonane doświadczenia. Badanej osobie prezentowano dwie serie błysków światła: czerwone i żółte. Jej zadaniem było policzenie w pamięci błysków żółtych, czerwone nie wymagały żadnej reakcji. Potencjały wywołane każdym z tych bodźców początkowo nie różniły się, ale w pewnym momencie - 200 ms po prezentacji (moment prezentacji zaznaczono strzałką) - fala odpowiadająca błyskom liczonym (linia żółta) stała się wyraźnie większa. Po 300 ms pojawiała się jeszcze większa fala o dodatniej amplitudzie (oznaczona gwiazdką), której nie było w potencjałach odpowiadających reakcji mózgu na błyski nie wymagające liczenia (linia czerwona). Nazwano ją falą P300 (P to skrót od positive - dodatnia).

Proszę spojrzeć na rysunek obok. Badanej osobie prezentowano dwa typy błysków światła - żółty i czerwony. Dodatkowo, zarówno po błysku żółtym, jak i czerwonym prezentowano zielony błysk jako bodziec "próbkujący". Ponieważ zadaniem osoby badanej było policzenie w pamięci żółtych błysków, falę P300 zawierał potencjał wywołany przez te właśnie błyski. Analizie poddano zaś wielkość potencjału wywołanego przez błysk zielono po to, żeby sprawdzić, jak zachowuje się mózg po otrzymaniu ważnej i nieważnej informacji. Gdy zielony błysk podawano w różnych odstępach czasu po bodźcu nie liczonym, nie działo się nic szczególnego (blok czerwony). Jeśli jednak był to bodziec liczony (blok żółty), reakcja mózgu na błysk zielony, "próbkujący" bardzo wyraźnie zależała od momentu jego nadania. Zaraz po bodźcu liczonym reakcja była silnie wytłumiona (kropka), później wracała do normalnej wartości (gwiazdka), czyli takiej, jaką osiągała po nieważnym bodźcu (kwadracik).

Rysunki prezentują własne prace autora.

Prof. dr hab. ANDRZEJ MICHALSKI jest elektrofizjologiem, pracuje w Instytucie Biologii Doswiadczalnej im.Nenckiego PAN