Poprzedni rozdział. | Jak działa mózg - spis treści.

5. Działanie mózgu: najprostsze teorie.

Co możemy powiedzieć o działaniu mózgu bez wnikania w szczegóły jego budowy?
Najpierw trochę ogólnych informacji o jego budowie.
Niektóre nazwy mają łacińskie (od cerebrum) lub greckie (od encephalon) rdzenie.

Co zwiększa szanse przeżycia organizmu?

  1. Sprawny system regulujący jego podstawowe funkcje metaboliczne.
  2. Szybkie reakcje na zagrożenia, wyspecjalizowane zmysły.
  3. Możliwość planowania, pamięć i orientacja, rozumienie związków przyczynowo-skutkowych.

Konieczność funkcji należących do tych trzech kategorri zauważył już Arystoteles, określając je mianem dusza wegetatywna, zwierzęca i rozumna.
Ewolucyjnie tak własnie rozwijały się organizmy i ich mózgi.

Najprostsze teorie działania mózgu:

Nieco bardziej złożone teorie:

Znacznie bardziej złożone teorie wymagają omówienia szczegółowej roli różnych obszarów mózgu, warstwowej (laminarna) budowy kory, neurodynamiki badającej stany kolektywne dużych grup neuronów.
Szczegółowe modele symulacyjne omawiam na wykładzie Modelowanie Funkcji Mózgu.

Proste podejścia pozwalają zrozumieć działanie mózgu koncepcyjnie, są więc w tym sensie "lepsze" niż teorie zaawansowane, które dostarczają szczegółowych odpowiedzi ale nie ogólnych koncepcji.

5.1. Dwa mózgi w jednym.

Powszechnie uważa się, że są dwa sposoby myślenia: logiczny i intuicyjny (męski i kobiecy?).
Czy taki podział ma sens?

Myślenie intuicyjne oparte jest na pamięci i reakcjach emocjonalnych, doświadczeniu, postrzeganiu całości, jest trudne do zwerbalizowania, przypomina bardziej postrzeganie niż rozumowanie.
Myślenie logiczne jest trudniejsze, wymaga sekwencyjnego przetwarzania informacji, więc zdarzają się często pomyłki.
Wyższość intuicji nad logiką zależy bardzo od sytuacji, często potrzebna jest logiczna weryfikacja intuicyjnych decyzji.
Dwie półkule mózgu połączone ze sobą spoidłem wielkim - może to wyjaśnia dwa rodzaje myślenia?
Półkule mózgu rozdzielone są cienkim sierpem mózgu (flax cerebri), który stanowi przedłużenie opony twardej (po wyschnięciu wygląda to jak kość).

Pierwsze informacje o lateralizacji funkcji mózgu: Paul Broka, 1861.
Uszkodzenia lewej półkuli: trudności z mówieniem, pisaniem, czytaniem, matematyką.
Uszkodzenia prawej półkuli: trudności z rozpoznawaniem struktur geometrycznych, twarzy, trudności z rysowaniem, percepcją muzyki.

Wiedza popularna:
Dominacja prawej półkuli - artyści, humaniści; lewa - naukowcy, umysły ścisłe.
Prawa półkula - wschodni mistycyzm, lewa półkula - zachodni racjonalizm (R. Ornstein).


Częste hasła: Rozwiń intuicję prawej półkuli! Wykorzystaj cały mózg! (Co się dzieje z komputerem wykorzystującym 100% mocy procesora?)

Jaki procent mózgu wykorzystujemy? Skąd wzięło się takie pytanie?
To pytanie jest jednym z najbardziej popularnych mitów miejskich.
To pytanie nie ma sensu! Uszkodzenia (lezje) dowolnej części mózgu prowadzą do utraty lub pogorszenia specyficznych funkcji.
Czemu natura miałaby pozwolić na tak kosztowny ogran, którego prawie nikt nie wykorzystuje?
Skąd się biorą takie mity? Jest to typowy mem, użyteczny w reklamie, powstały w okresie, kiedy funkcja większości obszarów mózgu nie była znana.

Nieco lepiej zapytać: jaki procent mocy obliczeniowej możemy przeznaczyć na abstrakcyjne myślenie?
Przegrana Kasparowa z maszyną ponad 10.000 razy wolniejszą od jego mózgu świadczy tym, że może to być znacznie mniej niż 1% ...
Gdyby wszystkie neurony wysyłały 50 impulsów na sekundę mózg pracował by z mocą 2000 Watów! Ponieważ ma tylko 20 Watów około 1% neuronów pracuje z taką częstością.
Oceny P. Lennie, The Cost of Cortical Computation. Current Biology 13, 493–497, 2003.


Metody badania różnic między półkulami.

Padaczka "grand mal" wymagała przecięcia spoidła wielkiego - 200 milionów nerwów.
Jak to wpływa na zachowanie? Każda półkula działa niezależnie.
Ale ... są to osoby chore, z uszkodzeniem mózgu, spoidło przednie i spoidło hipokampa zwykle u nich zostaje, więc jest słaby przepływ informacji.

Budowa ciała i mózgu jest lekko asymetryczna.
Asymetria widoczna jest już na etapie płodowym.

Prawa półkula:

Lewa półkula:

Różnice na poziomie budowy cytoarchitektonicznej i biochemicznym.
Mowa głównie zlokalizowana w prawej półkuli występuje u 4% praworęcznych
U leworęcznych jest to 15%, a dodatkowo u 15% obie półkule analizują i tworzą mowę w jednakowym stopniu.
Mowa docierająca do prawego ucha jest nieco lepiej rozumiana, gdyż trafia z większą precyzją do lewej półkuli.
Asymetria mniej widoczna jest u kobiet.
U ptaków tylko uszkodzenia lewej półkuli upośledzają śpiewanie.

Rozpoznawanie złożonych kształtów jest trochę lepsze w prawym polu widzenia (sygnał dociera do lewej półkuli).
Funkcje wzrokowo-przestrzene są u niektórych małp w lewej półkuli.
Preferencje ssaków (prawdopodobnie i gadów oraz ryb) do obracania się w jednym kierunku są wynikiem różnic poziomu dopaminy w lewym i prawym prążkowiu.

Szlaki nerwowe prowadzące od narządów zmysłów do obszarów przetwarzających.

Skrzyżowane szlaki nerwowe dla bodźców dotykowych i sterowania motorycznego. Bodźce słuchowe. Dźwięki z lewego ucha analizowane są w prawej półkuli i odwrotnie.
Bodźce wzrokowe. Lewe pole wzrokowe analizowane jest w prawej półkuli i odwrotnie. Specjalne okulary skierowują obraz tylko do prawej i lewej półkuli. Bodźce węchowe nie przechodzą przez skrzyżowane szlaki - być może prawdziwe jest wyjaśnienie ewolucyjne. Opuszka węchowa powstałą z najbardziej wysuniętego do przodu zwoju nerwowego.

Receptory węchowe w prawym nozdrzu - bardziej rejestrowanie wrażeń, wywoływanie skojarzeń.
Receptory z lewego nozdrza - lepiej rozpoznają zapachy.
Tracimy wrażliwość na zapachy: całkowita anosmia (niewrażliwość) dla grupy zapachów (np. "miętowych") objemuje ok. 3% ludzi, w krajach rozwiniętych częściowa anosomia obejmuje do połowy ludności.

Praworęczność (prawołapność?) nie jest spotykana u zwierząt.
Genetyczne przyczyny powstania praworęczności u ludzi wynikają prawdopodobnie z dwunożnej postawy, ułożenia niemowlęcia tak, że głowa jest po lewej stronie przy sercu matki, podtrzymywane jest przez lewą rękę, więc prawa była bardziej swobodna?
Stopniowa ewolucja praworęczności: 70% przed 70.000 lat, 92-94% obecnie.

Leworęcznymi jest 20% bliźniaków mono jak i heterozygotycznych.
Leworęczny potomek pojawia się u 2% prawo-praworęcznych rodziców; 17% prawo-leworęcznych i 46% lewo-leworęcznych.
Problemy takie jak padaczka, zaburzenia immunologiczne, problemy z uczeniem wystepują częściej u leworęcznych.


Doświadczenia z pacjentami z przeciętym spoidłem.

Eksperymenty prowadzone przez Rogera Sperry (Nobel 1981), i Michela Gazzaniga, obserwacje do tej pory, niewiele jest takich osób.
Usunięcie całej półkuli mózgu w dzieciństwie może nie zostawić łatwo zauważalnych skutków (ale pewne upośledzenie funkcji, w których specjalizuje się dana półkula zostaje).

Komisurotomia - przecięcie spoidła wielkiego.

W prawym polu widzenia obiekt jest rozpoznawany i identyfikowany. W lewym polu widzenia pacjent nie potrafi nic powiedzieć, ale potrafi wybrać odpowiedni przedmiot.

Dwuczęściowe słowo, np. "HAT|BAND", przepaska na czoło.
Lewe oko widzi w lewym polu widzenia HAT, a prawe BAND, odczytywane.
Jaki "band"? Może "rubber band, jazz band".
Lewą ręką trzymaną wewnątrz pudełka pacjent pisze HAT, ale nie wie, co napisał!


Podobne doświadczenie ze słowami KLUCZ|AUTO i wyszukiwaniem obiektu.
Zapytany co widzi pacjent odpowiada "błysk światła", ale wybiera klucz.

Czy świadomość jest tylko w lewej półkuli? Przynajmniej werbalna narracja.

Szkicowanie obiektów:

Kopiowanie rysunku oglądanego przez prawą półkulę - tylko ogólny zarys; lewą półkulę - tylko szczegóły.
Skupienie się na literach D powoduje aktywację lewej półkuli; na kształcie L - prawej. Prawa półkula dostrzega las (niska zdolność rozdzielcza), lewa drzewa (wysoka zdolność rozdzielcza).

Test na działanie prawej półkuli

Test na działanie lewej półkuli

Gazzaniga (1970): płonący budynek pokazany w lewym polu widzenia wywołuje wzburzenie.
Racjonalizacja sytuacji - oskarżenie jednego z badaczy o wywołanie zdenerwowania.
Podobne doświadczenia z rozśmieszaniem, chociaż pacjent twierdzi, że nic nie widział.
Racjonalna, lewa półkula obserwując reakcje emocjonalne organizmu tworzy konfabulacje, ciągłość narracji wewnętrznej.
Gazzaniga wnioskuje "interpreter" w dominującej półkuli mózgu.

Konflikt "bimanualny" między półkulami: prawa ręka walczy z lewą!
Przypadek chłopca po operacji z niewielkimi zdolnościami mowy w prawej półkuli: znaczna integracja odpowiedzi, ale prawa półkula ocenia bardziej krytycznie, może mieć własne ambicje.

Ilustracja badań nad rozczepionym mózgiem, w technologi Flash.

Wniosek: świadomość jest wynikiem procesu dyskryminacji ciągłych stanów (reprezentacji) pamięci roboczej, komentarzem wewnętrznym stanu mózgu.
Prawidłowe odpowiedzi w eksperymentach wymagających integracji informacji.
Rozczepienie mózgu nie jest całkowite, pewna integracja nadal możliwa (np. oceny wymagające kategoryzacji).
Osoby już przed operacją nie miały całkiem normalnych mózgów ...

Przewaga lewej półkuli: zadania werbalne, prawej: wzrokowo-przestrzenne, analiza treści emocjonalnych.
Prawa półkula kojarzy przedmioty związane z oglądanym.
Rozpoznaje sens prostych słów, zwłaszcza emocjonalnych, np. przekleństw, obscenicznych.
Uszkodzenia lewej półkuli - afazje; prawej - aprozodie.
Aprozodia to zanik zdolności do rozumienia i generacji treści emocjonalnych wypowiedzi słownych, np. złości czy gniewu, monotonna mowa.

Złożone czynności wymagają kooperacji obu półkul.
Prawa półkula - subtelne analizy znaczenia, metafor, humoru, antycypacji, morału ...

Uszkodzenia lewej półkuli - depresja, poczucie winy, zamartwianie przyszłością.
Uszkodzenia prawej - optymizm, bagatelizowanie choroby, zadowolenie z siebie.
Prawa półkula bardziej zaangażowana w analizy stanów emocjonalnych.
Słowo "uśmiechnij się" pokazane lewej półkuli wywołuje uśmiech, prawej nigdy.

Uszkodzenia tylnej części płatu ciemieniowego prawej półkuli - jednostronne pomijanie.
Lewa strona pola widzenia znika z wyobraźni!
Uszkodzenia płata skroniowego blisko potylicznego - prozopagnozja, niezdolności do rozpoznawania twarzy.
Prawa półkula dominuje w testach geometrycznych, oceny położenia czy głębi, zniekształconych kształtów lub dźwięków mowy.

Prawa półkula jest lepiej zintegrowana z układem emocji.
Filmy czy obrazy widziane lewym okiem wydają się mniej przyjemne, wrogie, niesmaczne.
Lewa półkula tłumi stany lekowe wywołane przez aktywność półkuli prawej.
W snach prawa półkula dochodzi do głosu, ale trudno to zwerbalizować.
Odkrycia we śnie, np. pierścieniowej struktury benzenu przez Kekulego (prawdopodobnie anekdotycznej): być może we śnie możliwe jest rozpoznawanie struktur.
We śnie istnieje czasem obserwator - czy jest to część lewej półkuli, "komentator" Gazzanigi?


Środkowy obraz to autoportret Dürera, lewy to symetryczny portret lewej połowy a prawy prawej. Asymetria budowy twarzy jest tu wyraźna.

We wszystkich językach prawe = prawidłowe, słuszne, lewe = oszukańcze.
Prawo, prawda, prawidłowo, po prawicy.
Lewus, lewizna, leworęczny, lewy interes.
"left" = "porzucony", niem. linkisch, franc. gauche = niezdarny.
Nie podajemy lewej ręki. Skąd to tabu leworęczności?
Leworęczni byli niebezpiecznymi wojownikami? Ang. "left-handed" = podstępny.
Już u Australopiteków ok. 80% było praworęcznych.

Niepokój emocjonalny to ignorowanie prawej półkuli, która postrzega, że "coś jest nie tak", ale nie wiemy co.
Zwykle chodzi o skupienie na czymś uwagi, uświadomienie sobie i zwerbalizowanie problemu.
Jeśli niepokój nie znika może dojść do nerwicy.
Aktywność intelektualna tymczasowo może odwrócić uwagę i obniżyć poziom depresji.

"To jeszcze do mnie nie dotarło" - bo zrozumiałem tylko lewostronnie?
Prawa półkula dokonuje ogólnej analizy w emocjonalnym kontekście, a lewa próbuje dociec o co chodzi prawej półkuli.
Teoretyzowanie prowadzi do konfabulacji i racjonalizacji, a nie odkrywania prawdy, dlatego psychoanaliza nie jest efektywna.
"Interpretator" usiłuje stworzyć racjonalny model zachowania ale taki model nie istnieje!

Czemu tak postąpiłeś? Sam się siebie pytam. Nie wiem, podkusiło mnie jakieś licho, to było silniejsze ode mnie.
Jak to należy rozumieć? Mój mózg "mnie" do tego zmusił, "ja" taki nie jestem.
"Ja" jest tu modelem, wyobrażeniem o sobie, które nie do końca zgadza się z działaniami mózgu.
Dopóki myślimy, że to "ja" mam mózg, a nie mózg ma mnie, takie paradoksy pozostaną.
Czy można w pełni zintegrować swój model "ja", poznając "siebie"?
Co to oznacza? Trening umysłu (mózgu), by reagował on tak, jak chcemy, np. zbliżał się do ideału.
Jest to celem wielu tradycji duchowych, chociaż zwykle wyrażanym w bardzo zawoalowany sposób.
Umysł stawiający sobie cele duchowe pokazuje swoją autonomię, porównując się do jakiegoś ideału stara się zmienić przez trening mentalny powstające w mózgu odczucia, w pełni je zintegrować ze swoimi wyobrażeniami i celami.

Mózg ma ograniczone zasoby energii, procesy analityczne konkurują ze sobą wewnątrz mózgu.

Przykład: eksperyment ze znikającym kotem.
Jednym okiem obserwujemy kota, drugie widzi jednolicie oświetloną powierzchnię ściany w lustrze.
Poruszamy ręką tak, by ja zobaczyć na jednolitym tle.
Kot częściowo znika: uwaga, a więc moc mózgu poświęcona przetwarzaniu bodźców, skupia się nad sygnałami dochodzacymi z jednego oka.

Szybka, całościowa analiza wstępna, to intuicyjna aktywność prawej półkuli.
Żałowanie po fakcie to wynik ignorowania lewej. "Tak mi się wydawało".
"Podoba mi się, choć nie wiem dlaczego", to obserwacja zbyt złożona do analizy logicznej.
Dialog wewnętrzny umożliwia analizę i ocenę spontanicznego działania.
"Głęboko w sobie" (popularne w piosenkach "deep within you"), tzn w prawej półkuli, w którą trzeba się "wsłuchać"?
Drobne pomyłki, głupie uwagi, irytujące odczucia ... mogą być wynikiem powolnej współpracy między półkulami.
Usiłujemy tworzyć racjonalizacje wszystkiego, co wykorzystują specjaliści od reklamy.

Eksperyment: interferencja czynności: balansowanie kijem na wskazującym palcu.
Praworęczni milcząc dłużej balansują prawą niż lewą ręką.
Jeśli w czasie balansowania jednocześnie mówimy jest odwrotnie.
Korzyści ewolucyjne: oddzielenie mowy i obserwacji, minimalizacja interferencji.

Testy stronności mózgu: oczu, nóg, rąk.
Wielu ludzi (ponad 20%) często myli lewą i prawą stronę.

Specjalizacja półkul - obserwacje:
Nie ma transferu umiejętności jednej ręki do drugiej.
Myślenie werbalne, mówienie, przeszkadza w działaniach motorycznych, gimnastyce i muzyce.
Plastyczność mózgu pozwala prawej półkuli przejąć część funkcji mowy.

Może masz skłonności dyslektyczne? Mylisz lewo-prawo? Robisz błędy ortograficzne? Sprawdź sobie spoidło!
Prosta metoda: zgadnij, który palec dotykany jest za plecami.

Dwa mózgi i dwie jaźnie? Sperry tak sądził w odniesieniu do pacjentów z przeciętym spoidłem.
Rozczepienie jaźni po komisurotomii? Raczej nie.
Wspólne ciało, położenie w przestrzeni, doznania czuciowe, synchronizacja ruchów oczu, normalna relacja ja-reszta świata, oceny zdarzeń.
Nadal zintegrowane emocje, rozdzielenie wyższych czynności psychicznych nie powoduje rozczepienia jaźni.

W normalnym mózgu nie ma prostego podziału na specjalizację w zakresie mowy i niewerbalnych analiz wzrokowo-przestrzennych. Jak więc interpretować wyniki doświadczeń?
Asymetria z punktu widzenia działania: lewa półkula - analityczna, prawa holistyczne? Jak to określić?
Analiza częstości przestrzennych sygnału - prawa półkula reaguje lepiej na rozmyte, niskie częstości przestrzenne/czasowe, lewa lepiej precyzyjne sygnały.
Prawa ma niewyraźne wyobrażenie całości; lewa skupiania się na ważnych (emocjonalnie) szczegółach.
Optymalne wykonanie złożonej funkcji wymaga współdziałania obu półkul - dwa sprzężone układy stanowią całość.

Dlaczego dochodzi do specjalizacji? Na poziomie neuronalnym naturalne rytmy w prawej i lewej półkuli są domienne, co zaobserwowano łącząc EEG i fMRI.
Lewa półkula wykazuje spontaniczne oscylacje w paśmie gamma, dopasowana jest do analizy fonemów.
Prawa półkula oscyluje znacznie wolniej, w paśmie teta, analizując informacje związane z prozodią
Lewa półkula przechowując reprezentacje fonologiczne, może bardziej precyzyjnie kojarzyć symbole, prawa może za to znaleźć "intuicyjnie" bardziej odległe skojarzenia.
Giraud AL, Endogenous cortical rhythms determine cerebral specialization for speech perception and production. Neuron. 2007 Dec 20;56(6):1127-34.

Wiele osób interepretuje zachowanie innych ludzi odwołując się do podziału na dwie półkule.
Dychotomania daje pozory zrozumienia, ale i tak lepsze to niż tłumaczenia psychoanalityków ...
Coś mnie podkusiło i zrobiłem głupio? To tylko Twoja prawa półkula ze swoimi własnymi celami, których nasze "ja", wewnętrzna teoria "siebie", nie akceptuje.
Narracyjna, logiczna historia naszego życia po prostu nie istnieje, bo nie wszystko da się zwerbalizować.

Literatura

Budohoska W, Grabowska A, Dwie półkule - jeden mózg, Wiedza Powszechna, Warszawa 1994
Górska T., Grabowska A., Zagrodzka J., red, Mózg a zachowanie. Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa 1997
Ingram J, Płonący dom. Odkrywając tajemnice mózgu. Prószyński i Ska, 1997.
Mroziak J, Równoważność i asymetria funkcjonalna półkul mózgowych. Uniwersytet Warszawski, Warszawa 1992
Gazzaniga M, O tajemnicach ludzkiego umysłu. Biologiczne korzenie myślenia, emocji, seksualności, języka i inteligencji. Książka i Wiedza, Warszawa 1997


Następny rozdział. | Jak działa mózg - spis treści.