Mózg - Filozofia Umysłu i Kognitywistyka

Wprowadzenie do Filozofii
Umysłu i Kognitywistyki:
Podstawy neuroscience:
mózg jako system,
neurobiologia pamięci
wykład 8

Kora mózgowa

Systemowe rozumienie mózgu
• Mózg = system, którego działanie w dużej mierze jest
nieliniowe, zaś przekazywanie informacji ma charakter
ciągły, a nie dyskretny
• Funkcja mózgu = pobieranie informacji ze środowiska
(receptory), przetwarzanie ich (układ nerwowy),
generowanie adekwatnych zachowań (efektory).
• Receptory związane są z narządami zmysłów, zaś efektory
z działaniem mięśni.
• Ogólniejszy schemat: bodziec mózg reakcja.
• Ważniejsza od organizacji materialnej, jest organizacja
funkcjonalna (cybernetyczna, systemowa) neuronów.

Podstawowe struktury mózgu
• Struktura czuciowa (sensoryczno-poznawcza)
▫ dostarczane są do niej informacje z narządów
zmysłów
▫ zlokalizowana jest z tył mózgu (kora wzrokowa,
czuciowa, słuchowa…)
• Struktura ruchowa (decyzyjno-wykonawcza)
▫ przekazuje informacje do narządów ruchu
▫ zlokalizowana jest z przodu mózgu

Integracja
• Wstępne przetwarzanie informacji
zachodzi już na poziomie receptorów.
• Integracja danych z wielu narządów
zmysłów zachodzi w korze mózgowej
(głównie okolice płata ciemieniowego i skroniowego.
• Im dalej od kory sensorycznej a bliżej
do ciemieniowej i skroniowej, tym bardziej
abstrakcyjne reprezentacje rzeczywistości.
• Informacje z receptorów integrowane są
ze śladami pamięciowymi.
• Integracja ta polega na „obróbce” informacji
ze względu na treści pamięci lub
zapamiętywaniu nowych informacji.

Magistrala
• Informacje ze struktur sensorycznopoznawczych
przekazywane są przy pomocy
neuronowej magistrali sensoryczno-motorycznej
do struktur decyzyjno-wykonawczych
znajdujących się w korze przedczołowej.
• Analizowane są tam informacje,
przygotowywane długofalowe strategie działania
a także podejmowane konkretne decyzje, które
uaktywniają efektory (mięśnie).

„Mówiąc w pewnym uproszczeniu, w korze
ciemieniowej/skroniowej zlokalizowany jest
obraz świata zewnętrznego, zarówno ten
odbierany na bieżąco (odpowiednio
zintegrowane wrażenia), jak i ten utrwalany
w zapisach pamięciowych, natomiast w korze
przedczołowej zachodzą procesy (np. myślenie,
kojarzenie, planowanie, poczucie własnego
„ja”), które uważamy za wewnętrzne formy
naszej psychiki; wspomniana magistrala
stanowi łącznik między tymi dwoma głównymi
funkcjonalnymi podzespołami kory mózgowej”
Bernard Korzeniewski,
Od neuronu do (samo)świadomości,
Warszawa 2005, s. 33.

Konsekwencje rozdziału
• Magistrala sensoryczno-motoryczna jako ewolucyjny bubel?
(10 cm pomiędzy centrami!)
• Droga sygnału od receptora do efektora nie jest ściśle
deterministyczna: wpływ przypadku, chaotyczność, ale mózg
to nie „czarna skrzynka” – ma pewną autonomię!
• Nie ma „jadra umysłu” – świadomość jako proces
rozproszony:
▫ „(…) wedle wszelkiej dostępnej nam wiedzy, neurofizjologiczny
korelat świadomości nie jest ściśle zlokalizowany w jakimś
konkretnym miejscu w mózgu, lecz stanowi fenomen (proces)
rozproszony, angażujący obwody neuronalne w znacznych
obszarach kory mózgowej (oraz być może, we wzgórzu – jednej z
najstarszych ewolucyjnie części mózgu)”
B. Korzeniewski 2005, s. 45.

Schemat:
B. Korzeniewski 2005, s. 36.

Receptory widzenia
• Przetwarzanie impulsów z narządu wzroku jest jedną z najbardziej
skomplikowanych funkcji, jaką wykonuje mózg.
• Niektórzy badacze w mechanizmach związanych z widzeniem
upatrują neurobiologicznej podstawy świadomości –
np. Francis Crick.

które wzbudzane są przez falę elektromagnetyczną (światło).
• Już na poziomie receptorów powstaje informacja o barwie.
• Impuls przekazywany jest do kory wzrokowej, która dzieli się
na pola (V1-V4), które odwzorowują siatkówkę, a odpowiednie
stopnie hierarchii odpowiadają różnym aspektom obrazu.
• Przetwarzanie informacji przez korę wzrokową ma charakter
równoległy (ten sam czas, różne miejsca).
• Przykładowo: pole V1 przekształca impulsy z receptorów na
linie proste, które układają się pod różnym kątem, natomiast
pole V2 reaguje na kontury. Stopniowo wyłaniają się
reprezentacje złożonych obiektów wewnętrznych.
• Równolegle do przetwarzania kształtów zachodzi
przetwarzanie ruchu.
Od percepcji do świadomości
• Siatkówka oka posiada komórki światłoczułe (czopki, pręciki),

Od percepcji do świadomości
• Poczucie obrazu świata byłby bezsensowne bez
pierwszoosobowej świadomości.
• Tylko znikoma część bodźców docierających do
naszych receptorów zostaje uświadomiona.
• Poznający rzeczywistość podmiot jest wybiórczy,
gdyż inaczej zostałby „sparaliżowany” mnogością
danych zmysłowych.
• Jest wysoce prawdopodobne, że do świadomości
docierają – ceteris paribus – tylko najbardziej
potrzebne informacje.
• Ogromna część przetwarzanych przez mózg
informacji pozostaje nieuświadomiona.

Problemy filozoficzne
• Do dziś nie wiadomo, jak dokładnie z
neurobiologicznego podłoża wyłania się
świadomy podmiot, jednak istnieje kilka
obiecujących hipotez (np. Damasio).
• Współczesna wiedza z zakresu neurobiologii
percepcji falsyfikuje arystotelesowskotomistyczne
poglądy epistemologiczne, zgodnie
z którymi poznający rzeczywistość podmiot jest
bierny.
• Czy kognitywistyka zastąpi zatem epistemologię?

Downward causation w
perspektywie neuronauk
• Mózg w ośrodkach decyzyjnych ustala kolejność oraz siłę
pobudzeń konkretnych mięśni.
• Centralną rolę odgrywa kora ruchowa, a także móżdżek,
który koordynuje bardziej wyspecjalizowane ruchy oraz
postawę ciała.
• Przodomózgowie – odpala zapisane w pamięci
automatyczne wzorce ruchowe.
• Propriocepcja – poczucie posiadania i znajomości
pozycji własnego ciała. Olivier Sacks określa ją mianem
„szóstego zmysłu”.
• Jest możliwa dzięki proprioceptorom zlokalizowanym
przy mięśniach.

Problemy filozoficzne
• Filozof może twierdzić, że neurobiologiczny schemat
przekazywania informacji z obszarów decyzyjnych
do efektorów nie wyjaśnia dostatecznie problemu,
gdyż nie uwzględnia umysłu.
• Jeśli przyjmie się jednak naturalistyczną teorię
umysłu schemat jest zadowalający, choć posiada
pewne luki – nie wiadomo jak tworzy się
świadomość.
• W schemacie tym downward causation nie jest
problemem tylko faktem, który należy badać.

Mózg jako system
• Dla powstawania nowych własności (np.
mentalnych) istotne są 3 aspekty funkcjonalne
układu nerwowego:
▫ (i) występowanie synaps pobudzających i hamujących,
▫ (ii) komplikacja (ilość) połączeń synaptycznych między
komórkami nerwowymi,
▫ (iii) istnienie progów pobudzeń neuronów
i zmienność wag połączeń synaptycznych.
• Cechy te sprawiają, że mózg działa nieliniowo, zaś
całe podejście korzysta obficie z pojęcia emergencji.

Funkcjonalne aspekty neuronu
• Zapewnione są one przez:
▫ Kształt (nie ma dwóch jednakowych komórek)
▫ Umiejscowienie w strukturze mózgu
▫ Zależność od kontekstu (funkcja komórki
definiowana jest przez otocznie).
• Poszczególne sygnały, które trafiają do mózgu za
pośrednictwem narządów zmysłów, odnoszone
są do odpowiednich struktur systemu, wchodząc
w różne relacje
• Nabywają znaczenie przez konotację.

Aspekt wrodzony i nabyty
• Aspekt wrodzony (zdeterminowany genetycznie)
odpowiedzialny jest za ogólną budowę mózgu (ciągi połączeń
synaptycznych, poszczególne elementy anatomiczne itd.).
• Dzięki czynnikowi genetycznemu organizmy o bardziej
złożonej strukturze sieci nerwowej posiadają zdolności i
predyspozycje do nabywania nowych doświadczeń
• Aspekt nabyty związany jest głównie z treściami pamięci.
• Pamięć odpowiedzialna jest za tworzenie i modyfikacją
wzorców połączeń pomiędzy neuronami.
• Powstają wyższe czynności poznawcze, takie jak
rozpoznawanie skomplikowanych kształtów, tworzenie
długofalowych planów czy tworzenie i stosowanie się do reguł.
• Struktury integracyjne mają charakter wrodzony, zaś
asocjacyjne, charakter nabyty.

Struktury asocjacyjne
• Struktury niższego rzędu - związane są z kojarzeniem
konkretnych obiektów (indywiduów).
• Struktury wyższego rzędu - odpowiedzialne są za bardziej
abstrakcyjne byty mentalne, takie jak pojęcia, prawa,
kategorie i reguły.
• Powstawanie struktur wyższego rzędu związane jest z
wytwarzaniem odpowiednich wzorców neuronalnych na bazie
postrzeganych zjawisk.
• Prowadzi to z kolei do wyłonienia się na wyższych poziomach
reprezentacji świata zewnętrznego.
• W kształtowaniu się struktur asocjacyjnych udział bierze tzw.
układ nagrody / kary (część układu limbicznego)
• Pierwotną funkcją układu nagrody / kary jest utrwalanie
zachowań i reprezentacji obiektów, które korzystne są dla
przetrwania osobnika

Struktury asocjacyjne:
tworzenie pojęć
• „To one, ich uaktywnienie i modyfikacja przez
wrażenia i procesy myślowe, a także tworzenie
w wyniku tego nowych struktur asocjacyjnych
stanowią, moim zdaniem, neurofizjologiczny
„nośnik” obiektów mentalnych i procesów
psychicznych. Niektóre z nich stają się treścią
naszej świadomości. To one generalnie
odpowiadają na poziomie psychicznym temu, co
nazywam szeroko rozumianymi pojęciami (…)”
B. Korzeniewski 2005, 67

Pojęcia odnoszące się do
konkretnych obiektów
Pojęcia abstrakcyjne
B. Korzeniewski, 2005, s. 70

Pamięć
•zapamiętywanie informacji,
•przechowywanie,
•przypominanie sobie
•porównywanie nowych śladów pamięciowych
ze starymi
Salvador Dali, Trwałość pamięci

Pamięć a
neurobiologia
„Engram to trwała zmiana w układzie nerwowym,
wywołana przez jego chwilowe pobudzenie i
odczytywana jako reprezentacja pewnych doznań,
przeżyć, elementów środowiska wewnętrznego i
zewnętrznego. Tworzenie nowych engramów w
wyniku przeżyć, a także przekształcanie już
istniejących śladów pamięciowych możemy opisać
jako uczenie się”.
Jerzy Vetulani,
Mózg: fascynacje,
problemy tajemnice,
Kraków 2010, 186-187

Typy pamięci ze względu na czas
• pamięć natychmiastowa:
▫ Zawiera się w pamięci roboczej (analogia z RAM
komputera).
▫ Pogranicze percepcji, pamięci i uwagi.
▫ Pojemność wynosi tylko 7-8 elementów (stąd problem z
zapamiętywaniem numerów telefonów).
▫ Pamięć robocza związana jest z funkcjonowaniem kory
przedczołowej.
▫ Większość śladów pamięci natychmiastowej jest usuwana
z układu nerwowego po kilkunastu sekundach.
▫ Oliver Sacks w jednej ze swoich książek opisuje przypadek
autystycznych bliźniaków o wręcz niewiarygodnej pamięci
operacyjnej. W mgnieniu oka potrafili oni postrzegać
wieloelementowe zbiory, a także mnożyć bardzo duże liczby.

Typy pamięci ze względu na czas
• Pamięć krótkotrwała:
▫ Przekazywane są do niej niektóre ze śladów pamięci
natychmiastowej.
▫ Ślady mogą być przechowywane do kilkunastu minut.
▫ Fizykalne mechanizmy tworzenia się engramów
pamięci roboczej i krótkotrwałej związane są z
prądami elektrycznymi, które pobudzają pewne
struktury neuronalne (tzw. teoria rewerbacyjna)

Typy pamięci ze względu na czas
• Pamięć długotrwała:
▫ W wyniku częstotliwości lub intensywności bodźca, przekazywane są do
niej niektóre ślady pamięci krótkotrwałej.
▫ Proces przenoszenia informacji z pamięci krótkotrwałej do
długotrwałej, to konsolidacja.
▫ efekt Kamina: pomiędzy usunięciem śladu z pamięci krótkotrwałej,
a skonsolidowaniem go w pamięci długotrwałej istnieje czas, kiedy
trudno przypomnieć sobie pożądane informacje. Ma to związek z
uczeniem się nowych treści „do ostatniej chwili” (np. przed
egzaminem).
▫ Fizykalne mechanizmy tworzenia śladów pamięci długotrwałej
związane są one z neuroplastycznością (plastycznością synaptyczną).
▫ Odpowiednio częste pobudzanie neuronu pre- i postsynaptycznego
wiązać może się z trwałą zmianą wagi synapsy, a co za tym idzie, z
modyfikacją przepływu impulsów między neuronami.
▫ Bardzo ważną rolę w tworzeniu śladów pamięciowych odgrywają także
neurotransmitery.

Typy pamięci ze względu na zawartość
• Zapamiętywanie faktów, sytuacji i reguł związane jest z
pamięcią deklaratywną.
▫ Jej treści mogą być werbalizowane. Kluczowe znacznie dla
tworzenia się engramów pamięci deklaratywnej odgrywa
hipokamp.
▫ W pamięci deklaratywnej wyróżnić można dwa systemy. Uczenie
się dat i nazwisk wiąże się z pamięcią epizodyczną.
▫ Nie zawsze świadome przyswajanie reguł zachowania wiąże się z
pamięcią semantyczną.
• pamięć proceduralna, związana jest z uczeniem się pewnych
czynności.
▫ Jej treści trudne są do zwerbalizowania – np. nie jest możliwe
powiedzenie komuś jak utrzymać równowagę na rowerze.
▫ Tworzenie engramów pamięci proceduralnej jest znacznie słabiej
zbadane niż w przypadku pamięci deklaratywnej.

Typy uczenia się
• uczenie się nieasocjacyjne
▫ Jego celem jest zwiększenie reakcji na bodźce
niekorzystne oraz zmniejszenie reakcji na bodźce
pozytywne i neutralne (otwieranie parasola przez
pyskiem konia ma sprawić żeby się nie bał).
• uczenie się asocjacyjne (warunkowanie)
▫ Polega na wykształcaniu się powiązań pomiędzy
konkretnym bodźcem a reakcją. Ten typ uczenia
się badany był szczególnie intensywnie przez
psychologów o nastawieniu behawiorystycznym.

Uczenie się przez asocjację
• warunkowanie Pawłowa
▫ obserwował wydzielanie śliny przez psy, którym serwowano mięso po
wyświetleniu sygnału.
▫ W wyniku warunkowania psy nauczyły się wydzielać ślinę na widok samego
sygnału świetlnego, gdyż uważały, że zwiastuje on podanie pokarmu.
▫ Warunkowanie Pawłowa jest procesem nieświadomym.
• warunkowanie Skinnerowskie
▫ związane jest z wykonaniem pewnych operacji.
▫ Zwierzę laboratoryjne musi wykonać pracę (np. przesuwać przełącznik), aby
otrzymać pokarm.
▫ Uczenie się jest w tym wypadku świadome i polega na wykształceniu się
asocjacji pomiędzy przyczyną a skutkiem.
• wpajanie (w terminologii Poppera – wdrukowanie).
▫ Konrad Lorenz, zaobserwował, że pisklęta zaraz po wykluciu podążają za
pierwszym napotkanym obiektem. Może być nim ich matka lub brodaty
naukowiec (np. Lorenz).
• Obserwacja (naśladownictwo).