Jak działa mózg: od neuronu do świadomości

obowiązkowe

Celem wykładu jest przedstawienie zasad przetwarzania informacji w mózgu człowieka oraz fizjologicznych podstaw zachowania i umysłu. Dynamicznie rozwijająca się w ostatnich latach neurobiologia pozwala zrozumieć mechanizmy działania centralnego układu nerwowego - od wzbudzenia pojedynczego neuronu, poprzez automatyzmy sieci komórek nerwowych, aż do złożonych procesów percepcji, uwagi i zapamiętywania. Na wykładzie zostaną przedstawione również współczesne hipotezy na temat integracyjnych mechanizmów działania mózgu oraz neurobiologiczne hipotezy świadomości. Mimo, że do zrozumienia wykładu nie są potrzebne żadne wstępne wiadomości z biologii lub informatyki program obejmuje szeroki przegląd współczesnych poglądów na działanie mózgu.

Według współczesnych hipotez neurofizjologicznych układy zmysłowe mózgu nie służą tworzeniu wewnętrznej reprezentacji świata, lecz wywołaniu adekwatnej reakcji na zmiany zachodzące w środowisku. Podejście to implikuje, że wejścia zmysłowe nie są traktowane jako źródło informacji o rzeczywistości - jak w klasycznych teoriach - ale jako katalizator wewnętrznej aktywności mózgu opartej na pamięci (strukturalnej i funkcjonalnej) oraz mechanizmach automatycznych. W takim ujęciu bodźce zewnętrzne są reprezentowane w sieci neuronalnej mózgu w postaci określonej modulacji jego stanu funkcjonalnego. Od czasu doświadczeń Libeta (1985) wiemy, że świadome doznania powstają w mózgu zbyt wolno, aby kontrolować większość naszych reakcji. Rolą świadomej percepcji zmysłowej (w tym wzrokowej) jest prawdopodobnie kontrola strategicznych celów zachowania. Podczas wykładu przedstawię znane fakty z fizjologii układu wzrokowego w odniesieniu do tych nowych hipotez integracyjnych starając się odpowiedzieć na pytanie do jakiego stopnia doznania wzrokowe odwzorowują rzeczywisty obraz zewnętrznego środowiska.

Najpopularniejsza hipoteza (świadomych) percepcji wzrokowych zakłada, że określony obraz na siatkówce oka aktywuje specyficzny, funkcjonalny zespół komórek mózgu. Zespół taki działa jak atraktor i nawet niedokładny kształt bodźca może wywołać jego pobudzenie równoważne chwilowej percepcji. Atraktory powstają w sieci neuronalnej mózgu podczas osobniczych doświadczeń wzrokowych przez wzmacnianie połączeń między tymi grupami komórek, które są często aktywowane jednocześnie, a osłabianie innych, które rzadko działają razem. Ponieważ każdy człowiek ma unikatowe doświadczenie wzrokowe, wśród miliardów ludzi na ziemi nie ma dwu, posiadających mózgi o tej samej strukturze połączeń. Co więcej, struktura połączeń między neuronami zmienia się z wiekiem, w miarę jak w mózgu przybywa nowych atraktorów.

Podczas procesu widzenia aktywność sieci neuronalnej mózgu wzrokowego nieustannie przełącza się pomiędzy wzbudzeniem kolejnych atraktorów w ciągłym procesie zmieniających się spostrzeżeń. Ich czas trwania rzadko przekracza trzecią część sekundy, czyli średni okres, jaki upływa między kolejnymi ruchami skokowymi oka. W ostatnich latach badacze spierają się, czy mózg używa tych stanów atraktorowych do budowania jakiejś formy reprezentacji świata (jak w klasycznej hipotezie), czy też wykorzystuje je bezpośrednio dla kierowania zachowaniem, z możliwością weryfikacji "prawdziwości" określonej percepcji poprzez jej skonfrontowanie z bezpośrednim wglądem w otoczenie (jako że najlepszą 'reprezentacją' otaczającej nas rzeczywistości jest ona sama). Na wykładzie przedstawię kilka doświadczeń dowodzących, że mechanizm integracji wzrokowej nie jest oparty na obiektywnej rzeczywistości, a na subiektywnym doświadczeniu.

Neuroinformatycy szacują, że ilość informacji przetwarzanej w ciągu każdej sekundy na wszystkich receptorach zmysłów człowieka jest rzędu 1011 bitów, z czego tylko ok. 100 bitów dociera do naszej świadomości. Większość tej informacji używana jest przez układ nerwowy do realizacji zadań w automatycznych łukach odruchowych oraz odsiana przez mechanizmy hamujące. Taki sposób działania sieci nerwowej implikuje, że nigdy nie zobaczymy obiektywnego, nieprzefiltrowanego przez własny mózg, świata. A jednak poznanie "na oko" nie powinno być wyrażeniem pejoratywnym. Doświadczenie wzrokowe, na którym opiera się nasze zachowanie okazało się wystarczające dla przeżycia gatunku, i pomimo swej niedoskonałości dostarcza nam wielu emocjonalnych przeżyć. Nie powinniśmy więc żałować, że mózg nie odzwierciedla dokładnie obiektywnej rzeczywistości pomijając nieskończoną ilość niepotrzebnych szczegółów.

- Uczęszczanie na wykłady - nie ma książki obejmującej cały materiał wykładowy.

- Chris Frith Od mózgu do umysłu. Wydawnictwa Uniwersytetu Warszawskiego, 2010.

- Mózg i Zachowanie, T. Górska, A. Grabowska, J. Zagrodzka (Red.), PWN, 2006.

- Semir Zeki Blaski i cienie pracy mózgu. Wydawnictwa Uniwersytetu Warszawskiego, 2011.

- Jak powstaje umysł - współczesne badania neurobiologiczne mózgu, A. Wróbel (red) Kosmos 69, Nr 1, 2020.

- wrobelvision.com

Nabyta wiedza:

Zna podstawowe pojęcia z neurofizjologii mózgu [K_W01, K_W02, K_W03, K_W04, K_W05, K_W06, K_W07, K_W15]

Nabyte umiejętności:

Potrafi zrozumieć teksty naukowe z tej dziedziny [K_U02, K_U09, K_U11, K_U013, K_U17]

Nabyte kompetencje społeczne:

umie uważnie słuchać innych [K_K05]

umie w sposób jasny, zrozumiały dla innych i logiczny wyciągać wnioski na podstawie danych doświadczalnych [K_K02, K_K06]

a) Metody weryfikacji efektów uczenia się: Zaliczenie w formie pisemnego egzaminu testowego z wyborem ze zrozumienia ~120 słów kluczowych. Słowa te, jak również materiały do kolejnych wykładów będą przesyłane słuchaczom sukcesywnie na adresy Email.

b) Składowe oceny końcowej i ich waga: egzamin 100% (aktywność na wykładach stanowi dodatkowy atut przy ocenie).

c) W wypadku egzaminu – warunki przystąpienia do egzaminu (np. zaliczenie ćwiczeń, można nie stawiać warunków): brak.

d) W wypadku egzaminu – czy przystąpienie do egzaminu w terminie zerowym powoduje utratę prawa do przystąpienia do egzaminy w głównej sesji egzaminacyjnej: nie.

e) Skala ocen: 5! – 100 % pkt., 5 (bdb.) – powyżej 90 centyli, 4+ (db. plus) – od 80 do 90 centyli, 4 (db.) – od 70 do 80 centyli, 3+ (dst. plus) - od 60 do 70 centyli, 3 – (dst.) poniżej 60 centyli, 2 – (ndst.) mniej niż 50% pkt-ów)

f) Warunki dopuszczenia do poprawy: każdą ocenę można poprawiać, ale ostateczny wynik odpowiada ocenie ostatniej próby (poprzednie ulegają kasacji).