Poprzedni rozdział. | Jak działa mózg - spis treści.


10.3 Wyższe czynności psychiczne

Umysł oznacza głównie system poznawczy oparty na wyższych czynnościach psychicznych.
Wyższe czynności psychiczne to jaźń, kreatywność, mowa, myślenie, osobowość, pamięć, rozumowanie, teoria umysłów, uwaga, wola, wyobraźnia, świadomość, ... czyli wszystkie subiektywnie uświadamiane procesy wynikające z pracy mózgu.
Czy takie czynności są zlokalizowane czy wymagają zaangażowania większej części mózgu?
Aktywność mózgu w czasie wyższych czynności psychicznych skupiona jest w wyróżnionych obszarach.


Mowa

Główne struktury zaangażowane w rozumienie i tworzenie mowy:

  • Okolice zakrętu kątowego: obszar kojarzeniowy dla słuchu, wzroku, nazw; jego uszkodzenia zaburzają czytanie i pisanie; zaangażowany np. w rozumienie metafor czy odróżnieniu Booba od Kiki.
  • Obszar Wernickego w płacie skroniowym; uszkodzenia powodują parafazje, mówienie bez sensu, niegramatyczne, zły wybór słów i łączenie wyrazów, ale prawidłowy rytm i wymowa.
  • Ośrodek Broki; uszkodzenia wywołują afazje motoryczne, niezdolność do prawidłowych wypowiedzi pomimo prawidłowego rozumienia.
  • Wiele rodzajów afazji powstaje w wyniku różnych uszkodzeń tych obszarów.

Z obrazowania mózgu u osób o lewopółkulowej dominacji funkcji językowych wiemy że:

  1. Słowa dotyczące konkretnych pojęć (rzeczowników - przedmiotów, osób, zwierząt, jedzenia, narzędzi) są kodowane w lewym płacie skroniowym.
  2. Słowa określające działanie (czasowniki) kodowane są w lewym płacie kory przedczołowej, dolnej części zakrętu czołowego i korze przedruchowej.



  3. Należy rozróżnić rozpoznawanie (wiedzieć, czym coś jest) od nazwania (przypominanie formy symbolu oznaczającego danych obiekt).
  4. Podobne kategorie, np. narzędzia mechaniczne i sztućce, są zlokalizowane blisko siebie.
  5. Lezje przedniej części kory dolnoskroniowej i dolnej części zakrętu skroniowego => problemy z nazywaniem zwierząt.
  6. Lezje tylnej i bocznej części kory skroniowej oraz zakrętu nadbrzeżnego => problemy z nazywaniem narzędzi.
  7. Kodowanie pojęć jak i nazw dla znanych osób lub przedmiotów => z przodu w stosunku do regionów odpowiedzialnych za kodowanie nazw i koncepcji ogólnych.
  8. Problemy z rozpoznawaniem konkretnych koncepcji skorelowane są z uszkodzeniami wyższych obszarów asocjacyjnych w obszarze ciemieniowo-skroniowym (TP).

Widzenie słowa i liczenie znajdujących się w nim sylab wywołuje całkiem inne pobudzenie niż widzenie i zastanawianie się nad znaczeniem słowa.

Koncepcja narzędzia, którym potrafimy się posługiwać: obszar połączony z somatyczną i wzrokową korą sensoryczną, korą ruchową, a więc blisko ośrodków przetwarzających sygnały o ruchu ręki i analizujących wzrokowe sygnały związane z ruchem.

Pojęcia, nazwy rzeczownikowe i czasownikowe kodowane są w innych obszarach kory.

Uszkodzenia mogą doprowadzić do zaniku zdolności posługiwania się jakąś kategorią pojęć językowych, np. pojęć rzeczy znanych bezpośrednio w odróżnieniu od abstrakcyjnych nazw.
Rozumienie, wiedza, zakłada zdolność do działania, pobudzenie kory ruchowej, pamięci epizodycznej, użycia danego słowa w sensie schematu senso-motorycznego, więc reprezentacja pojęć musi aktywować takie obszary.

W jaki sposób rozpoznajemy i nazywamy kolory?

Pojęcia dotyczące kolorów i struktura barw są niezależne od kultury. Uszkodzenia kory wzrokowej w obszarze V4 prowadzą do utraty pojęć i wrażeń dotyczących kolorów.

Nazwy kolorów kodowane są w obszarze tylnej kory skroniowej i dolnej ciemieniowej, lezje tych obszarów wywołują zaburzenia fonologiczne.

Uszkodzenia zakrętu językowatego (przyśrodkowa powierzchnia potyliczno-skroniowa) prowadzi do anomii kolorów, braku kojarzenia nazwy i koloru przy normalnym widzeniu kolorów, chociaż pojęcia i formy wypowiedzi są poprawne.

Wypowiedzenie słowa czy zdania wymaga aktywności obszarów ruchowych (ośrodka Broka i kory przedruchowej) i inicjacji tego procesu przez zwoje podstawy mózgu.

Aleksja bez agrafii to niezdolność do czytania przy zachowanej zdolności kopiowania i pisania słów.
Głośne czytanie może być możliwe, ale przy cichym nie pobudza się sens słów.
Rozumienie poezji wymaga większej aktywności mózgu niż rozumienie prozy (M. Fischer, Dundee).

Myślenie koncepcyjne opiera się na specyficznych aktywacjach mózgu, a słowa, pojęcia, mają istotną składową w obszarach kodujących ich formę, gdzie trafia znaczna część energii (oscylacji neuronów) związanej z danym pobudzeniem.
U osób głuchych, które uczą się języka migowego, reprezentacja symboliczna nie jest tak jednoznaczna jak w przypadku osób słyszących, stąd skojarzenia pojęć są mniej precyzyjne (McEvoy, Marschark, & Nelson, 1999).
Pojemność pamięci roboczej dla długich słów jest mniejsza niż dla krótkich, np. cyfry walijskie są długie więc mniej można zapamiętać.
Ograniczenie może wynikać z czasu potrzebnego do wypowiedzenia zapamiętanych słów czy cyfr w ciągu 2 sekund (Marschark, Mayyer 1998), co wiąże się z czasem spontanicznego zaniku aktywności neuronów.
Powtarzanie sobie zdania ma więc sens, utrzymuje aktywność odpowiednich wzorców w mózgu dłużej, dając większe szanse na pojawienie się interesujacych skojarzeń.

"Thinking is the hardest work there is, which is the probable reason why so few engage in it." — Henry Ford

Maryanne Wolf, Proust and the Squid: The Story and Science of the Reading Brain, Harper 2008.


Muzyka i mózgi

Instynkt muzyczny jest wrodzony.
Śpiew ptaków i reakcje typu "stroszenia piórek" mają ważną funkcję związaną z doborem płciowym.

Lateralizacja funkcji obu półkul widoczna jest już u niemowląt; najczęstsze są preferencje lewouszne dla muzyki i prawouszne dla mowy.
Można wyróżnić pierwotną, wtórną i trzeciorzędową słuchową korę muzyczną.


Związek muzyki z emocjami jest wyraźny.
Czy to wesoła czy smutna melodia? Wiedzą to nawet osoby bez muzycznego słuchu.
Dlaczego we wszystkich kulturach istnieje muzyka?
Spowodowały to ważne czynniki ewolucyjne.
Muzyka pomagała zdobyć partnerkę (partnera), przekraczając bariery.

Słuch absolutny jest rzadki, ma go 1 osoba na 10.000. W kulturach, które posługują się jezykiem tonalnym (np. chińskim czy wietnamskim) występuje znacznie częściej (por. Diana Deutsch).
Amusia to niezdolność do określenia względnej wysokości dźwięku, powtórzenia melodii; zwykle prowadzi to do całkowitego braku zainteresowania muzyką.
Amusia prawie nie występuje tam, gdzie są języki tonalne.
Śpiewanie ma dobroczynny wpływ na osoby z chorobą Alzehimera, Parkinsona i inne, pobudzając emocje.
Śpiewanie czy wybijanie rytmu ma wpływ na synchronizację procesów w mózgu (Clive Ballard, King's College, London).

Wyobrażenie melodii prowadzi do aktywacji kory słuchowej w tylnej części górnego zakrętu skroniowego prawej półkuli, co widać w eksperymentach przy użyciu fMRI (Halpern et al. 2004).
Pojawienie się wyobrażonego wrażenia wymaga aktywacji odpowiedniej kory zmysłowej, która analizuje w specyficzny sposób dane dochodzące z receptorów; dzięki takiemu pobudzeniu wtórne obszary zmysłowe mogą dokonać właściwej interpretacji.
Podobnie dzieje się w przypadku wyobrażeń wizualnych, które aktywizują pierwotną korę wzrokową.
Opis relacji przestrzennych przedmiotów i zwierząt aktywizuje korę ciemieniową.
Drażnienie prądem kory zmysłowej wywołuje halucynacje.

Muzyka i mózgi (Wikipedia).



Matematyka i mózgi

Skąd wiem, że 2+2=4 lub 5>4? Zapamiętałem i mam wrażenie, że rozumiem, że to prawda.
Rozumienie pojęcia liczb naturalnych mają do pewnego stopnia zwierzęta.
Trzeba się orientować czy liczba przeciwników jest większa niż członków stada.
Lwy atakują jeśli mają przewagę liczebną, potrafią więc ocenić, że 5>3.

Zaskoczeniem było odkrycie, że plemiona Piraha i Munduruku znad Amazonki nie znają liczebników, nie potrafią liczyć i nie odróżniają pudełka z rysunkiem 3 i 4 ryb, ale mają pewne wyczucie wielkości liczb (por. dyskusja na końcu).
Język Piraha ma 3 samogłoski i 8 spółgłosek, może być zarówno mówiony jak i gwizdany (co przydaje się w dżungli).
Składających się na niewiele ponad 50 słów, np. jedno na ojca i matkę, brak określeń kolorów - można więc żyć prawie bez języka.
W efekcie nie mają tańców, muzyki, sztuki i religii.

Zaburzenia płata ciemieniowego po wylewie nie zaburzają pamięci, ale czasem nie pozwalają odpowiedzieć na pytanie: czy 5 leży pomiędzy 2 i 4?
Płaty skroniowe odpowiedzialne są za pamięć faktów, np. tabliczki mnożenia.
Płaty ciemieniowe konieczne są do wyobraźnia arytmetycznej, podobnie jest u zwierząt.


Neurony aktywne w czasie liczenia znajdują się w obszarze HIPS, czyli poziomego odcinka bruzdy śródciemieniowej.


Obszary mózgu aktywne w czasie rozwiązywania równań (Luna 2004)

Dyskalkulia to niezdolność do rozumienia liczb i pojęć matematycznych, np. oceny która liczba jest większa.
Może się wiązać z trudnościami oceny upływu czasu, określenia kierunków, porządku sekwencji zdarzeń, ruchów tanecznych i innych sekwencji.
Dyskalkulia rozwojowa jest obecnie rozpoznaną chorobą genetyczną.
Przegląd rezultatów na temat mechanizmów liczenia w mózgu (Stanislas Dehaene).

Savant syndrome, syndrom sawanta, to niezwykłe zdolności arytmetyczne, pamięciowe, artystyczne czy ruchowe osób upośledzonych.
Oliver Sacks opisał autystycznych braci dla których przyjemnością było "widzenie liczba pierwszych".
Zdolności wynikają prawdopodobnie ze specjalizacji kory kosztem innych funkcji.
Sawanci są "niewolnikami algorytmu", nie potrafią się adoptować, w większości przypadków cierpią na jakąś formę autyzmu.
Rüdiger Gamm jest niezwykłym przykładem zdolności sawanta, który odkrył swoje zdolności w wieku 21 lat. W odróżnieniu od innych sawantów potrafi stosować swoje zdolności do nowych zadań.
Sawantów bada się między innymi w Center for the Mind w Sidney; stymulacje za pomocą pola magnetycznego (TMS) wywołują u niektórych ludzi zbliżone efekty.

Czym jest to wrażenie "wiem, rozumiem"?
Prawdopodobnie pobudzeniem układu nagrody (płata czołowego) po prawidłowo wykonanym działaniu, pomagającym stwierdzić, że mózg gotowy jest na nową porcję informacji.
Można pamiętać tabliczkę mnożenia, ale nie mieć poczucia, że zna się prawidłową odpowiedź.

Literatura:
The Neuro-Cognitive and Emotional Roots of Mathematics
Książka Extraordinary People: Understanding Savant Syndrome.


Talent

Czym jest talent? Zdolności lub talent oznaczają łatwość osiągnięcia wysokiego poziomu kompetencji w jakiejś dziedzinie.
Talent zależy od rozwoju i współpracy specyficznych obszarów mózgu, dlatego może dotyczyć wybranych dziedzin i nie jest tożsamy z ogólną inteligencją (widać to szczególne w przypadku sawantów).
Do rozwoju talentu potrzebna jest silna motywacja, kombinacja zachowań celowych i sprawności mechanizmów percepcji, które nie zależą bezpośrednio od woli.

Spekulacje: podstawową rolę wydaje się tu grać wyobraźnia. Odróżnia się amuzję czuciową i amuzję ruchową lub motoryczną (niezdolność do produkowania muzyki). Amusia jest skorelowana z problemami wyobraźni przestrzennej, np. Katie M Douglas, David K Bilkey, Amusia is associated with deficits in spatial processing, Nature Neuroscience 2007.
W tym artykule pokazano, że osoby z amuzją gorzej radzą sobie z rotacją mentalną (np. grą w tetrisa), ale za to wykazują mniejszą interferencję przy wykonywaniu jednoczesnsm dwóch czynności wymagających wyobraźni słuchowej i przestrzennej.
Wyobraźnia może funkcjonować doskonale w obszarze abstrakcyjnych pojęć czy słowotwórstwa, ale nie wizualnym czy muzycznym.

Mozart słyszał wewnętrznie melodie, po prostu spisywał to, co wytwarzał jego mózg.
Nie każdy potrafi przypomnieć sobie szczegółowo jakiś obiekt, przechowując w pamięci np. wyobrażenie melodii, lub znajomej twarzy.
Trudności w odtworzeniu jak i wyobrażeniu sobie w szczegółach nowych obiektów (wizualnych, dźwiękowych, ruchowych) mogą wynikać z niedostatecznie silnych pobudzeń wstecznych kory zmysłowej.
W tej sytuacji jeśli pamiętam melodię będę słyszał, czy została wybrana właściwa nuta, ale nie będę mógł jej wskazać lub nazwać; osoby obdarzone absolutnym słuchem potrafią nazwać każdą nutę, a osoby ze zwykłym słuchem muzycznym potrafią nazwać kolejną nutę, pamiętając interwał.

Wydaje się więc, że należy rozróżnić słuch związany z rozpoznawaniem (projekcje wstępne), od tego związanego z odtwarzaniem lub wyobrażaniem (projekcje wsteczne).
Jeśli u kogoś szwankuje ten pierwszy to nie jest zainteresowany muzyką i nie ma szans by się czegokolwiek nauczyć.
Jeśli tylko wsteczne sprzężenie szwankuje to ma się trudności z wyobrażeniem, więc nie ma talentu od grania, chociaż można lubić muzykę.
Podejrzewam, że powinno to być widać w potencjałach wywołanych przez reakcję na kolejne dźwięki prostej melodii.

Osoby, które mogą sobie wyobrazić i przypomnieć dźwięki generują odpowiednie oczekiwania i grając na instrumencie mogą na tej podstawie wykonywać odpowiednie ruchy.
Prawdopodobny schemat pobudzeń: (tylna kora skroniowa i ciemieniowa - wybraźnia) => pierwotna kora słuchowa => kora przedruchowa.
Równolegle: kora ciemieniowa => kora przedruchowa.
Amuzja wyobrażeniowa osłabia pierwszą drogę, ale druga jest czynna, więc chociaż nie słyszy się wewnętrznie to można grać nie mając pojęcia co z tego wyjdzie, z punktu widzenia świadomości jest się jedynie słuchaczem.

Literatura: Functional neural anatomy of talent, The Anatomical Record Part B: The New Anatomist (2004).
Arnold H. Modell, Imagination and the Meaningful Brain, MIT Press 2003


Humor

Na czym polega poczucie humoru? Jaka jest funkcja śmiechu?
Humor występuje we wszystkich kulturach, chociaż są oczywiste różnice i nie wszystkich śmieszy to samo.
Śmiech nie musi wiązać się z humorem, może być wynikiem łaskotek, podobne reakcje widać u zwierząt - nawet szczury mają łaskotki!

Żarty: pobudzają oczekiwania, napięcie, koncząc się zamianą oczekiwanej interpretacji na inną, równie logiczną.
Podobnie do reakcji wynikającej z procesów twórczych przy szukaniu wyjścia z impasu spowodowanego anomalią.
Śmiech to sygnał społeczny pokazujący, że anomalia jest trywialna, alarm jest fałszywy.
Jeśli napięcie rośnie to zamiast rozładowania przez śmiech może skończyć się strachem.
Jeśli ktoś poślizgnie się na skórce od banana to nas śmieszy; jak rozbije głowę to nie, wkraczają mechanizmy empatii.

Łaskotki: początkowo strach ale potem reakcja zawiadamiająca - nic groźnego.
Niektórzy nie mogą przezwyciężyć strachu przed łaskotaniem.


Trzy główne obszary odpowiedzialne za humor:

Asymbolia bólu: uszkodzenie połączeń kory wyspy z korą zakrętu obręczy uniemożliwia prawidłową interepretację sygnałów czuciowych.
W efekcie sygnały bólu nie są interpretowane, nie wywołują negatywnych reakcji, mogą nawet wywołać śmiech.
Niektóre osoby mają tendencję do reagowania uśmiechem obserwując tragiczne sytuacje.


Następny rozdział. | Jak działa mózg - spis treści.