Εγκέφαλος, αυτός ο εκπληκτικός κομπιούτερ

Εγκέφαλος, αυτός ο εκπληκτικός κομπιούτερ Οι εκπληκτικές νοητικές και ψυχικές διεργασίες που συμβαίνουν μέσα στο μυαλό από τη στιγμή που ένας οργανισμός αποφασίζει να δράσει Σ. ΣΚΛΑΒΟΣ sklavos@in.gr Αρκετά χρόνια πριν, ξεκινώντας να μελετώ τις εσωτερικές διεργασίες που ρυθμίζουν τη συμπεριφορά των οργανισμών (κίνηση, σκέψη, συναισθήματα κτλ.) με στόχο την προβολή της νευρωνικής βάσης αυτής,

sklavos@in.gr



Αρκετά χρόνια πριν, ξεκινώντας να μελετώ τις εσωτερικές διεργασίες που ρυθμίζουν τη συμπεριφορά των οργανισμών (κίνηση, σκέψη, συναισθήματα κτλ.) με στόχο την προβολή της νευρωνικής βάσης αυτής, είχα διακρίνει κάποια μορφή ειρωνείας ή αυτοσαρκασμού να αποτυπώνεται στο πρόσωπο της Ιουλίας (το τετράποδο κατοικίδιό μου, γάτα). Πιθανόν να εννοούσε: «Δεν πρόκειται να μάθεις τίποτα για μένα». Και σχεδόν αμέσως μετά μετέφερε ταχύτατα την όρασή της στον τυχόν ιπτάμενο εισβολέα του πεδίου δράσης της και ακολούθως κρατούσε τα μάτια της πάνω του για περίπου ένα λεπτό προτού του επιτεθεί με όλο της το σώμα. Οι σοφοί μου δάσκαλοι αργότερα μου έμαθαν ότι αυτό είναι το αποτέλεσμα της ενεργοποίησης της υπεύθυνης περιοχής του εγκεφάλου, ο οποίος με τη σειρά του στέλνει τα κατάλληλα μηνύματα σε μυς σχετικούς με την κίνηση ή στα αντίστοιχα κέντρα ελέγχου ανώτερων νοητικών και ψυχικών διεργασιών. Η ύπαρξή μας κατά τον Πλάτωνα συνδέεται με τον εγκέφαλο, τον οποίο προσδιόρισε ως «ακατάλυτη πνευματική ουσία, καθοριστική για τις πράξεις μας και τις σκέψεις μας». Στη σοφία της Αρχαίας Ελληνιστικής Περιόδου στηρίχθηκε και ο Sejnowski αναφερόμενος στον Υπολογιστικό Εγκέφαλο (The Computational Brain, 1992): «Η νευρωνική καλωδίωση, δηλαδή η συναπτική επικοινωνία τών δις σε πλήθος νευρικών κυττάρων μεταξύ τους, κάνει τον εγκέφαλο να υπολογίζει».


Η λειτουργία της επίθεσης


Για να γίνει πιο κατανοητό στο αναγνωστικό κοινό, ας δούμε πώς λειτουργεί ο εγκέφαλος της Ιουλίας από τη χρονική στιγμή ακριβώς μετά τη διάθεση αυτοσαρκασμού προς εμένα, και ακριβώς πριν από την επίθεση στον στόχο. Η πρώτη πληροφορία είναι αισθητική, δηλαδή αντιλαμβάνεται την ύπαρξη στόχου με τη βοήθεια της περιφερικής όρασης. Μέσα σε κάποιες εκατοντάδες χιλιοστά του δευτερολέπτου φλοιώδεις περιοχές του εγκεφάλου της δίνουν απάντηση σχετικά με τον στόχο, τι είναι (οπτικός φλοιός) και πού είναι χωροταξικά (βρεγματικός φλοιός). Εμπειρικά γνωρίζει ότι αν περιστρέψει το κεφάλι στον στόχο αυτός θα ανιχνεύσει την κίνηση και θα φύγει. Ενστικτωδώς στρέφει τα μάτια της ταχύτατα, φθάνει ακόμη και τις 1.000 μοίρες ανά δευτερόλεπτο, πάνω σε αυτόν. Η κίνηση αυτή είναι βαλλιστικού τύπου, γνωστή ως σακκαδική (Javal, 1879) των ματιών στις νευροεπιστήμες, και διαρκεί κάποιες δεκάδες χιλιοστά του δευτερολέπτου (στην καθημερινή μας δραστηριότητα εκτελούμε κατά μέσον όρο περισσότερες από μία το δευτερόλεπτο). Ο προγραμματισμός και η εκτέλεση (πλάτος και κατεύθυνση) της κίνησης αυτής διευθύνεται από τον μετωπιαίο φλοιό του εγκεφάλου και μεταφέρεται στο στέλεχός του. Ομάδα προκινητικών κυττάρων στο στέλεχος αναπτύσσει δραστηριότητα δυναμικών ενέργειας ανάλογη με την ταχύτητα της σακκαδικής και τη μεταφέρουν στα κινητικά κύτταρα που με τη σειρά τους την μετατρέπουν σε δύναμη στους μυς των ματιών. Το μέγεθος δύναμης είναι σχετικά μεγάλο και κυρίως ικανό ώστε να υπερνικηθούν αδρανειακά φαινόμενα που παρεμποδίζουν την περιστροφή των ματιών. Το σήμα αυτό όμως είναι μικρής διάρκειας, όσο και η σακκαδική, και δεν είναι σε θέση να βοηθήσει την Ιουλία να κρατήσει τα μάτια της σταθερά πάνω στον στόχο για ικανό χρονικό διάστημα που θα τη βοηθήσει να τον επεξεργαστεί περισσότερο και έτσι να προετοιμάσει το κατάλληλο σκηνικό επίθεσης. Την αιτία την εντοπίζουμε στις ελαστικές δυνάμεις των μυών που τείνουν να επαναφέρουν τα μάτια στην αρχική τους θέση. Δηλαδή σε εμένα. Και, ευτυχώς και για τους δυο μας, αυτό δεν επιτυγχάνεται.


Πράγματι, ο Robinson το 1968 διατύπωσε την ύπαρξη νευρωνικής διασύνδεσης μεταξύ των προαναφερομένων προ και κινητικών κυττάρων με κυτταρικό πληθυσμό που επεξεργάζεται το σήμα της ταχύτητας της σακκαδικής και υπολογίζει το εμβαδόν, δηλαδή τη γωνιακή μετατόπιση των ματιών με τη βοήθεια της Νευτώνειας Ολοκλήρωσης. Αν γυρίσουμε πίσω στις τελευταίες τάξεις του λυκείου θα θυμηθούμε ότι το ολοκλήρωμα ενός θετικού μεγέθους αυξάνεται όσο υφίσταται το μέγεθος αυτό και παραμένει σταθερό όταν το αρχικό μέγεθος πάψει να υφίσταται. Τα κύτταρα του Νευρικού Ολοκληρωτή πράγματι αναπτύσσουν σταθερή δραστηριότητα στο τέλος της σακκαδικής, και μάλιστα είναι ανάλογη του μεγέθους της γωνιακής μετατόπισης των ματιών. Το σταθερό αυτό σήμα μεταφέρεται επίσης στα κινητικά κύτταρα τα οποία το μετατρέπουν σε σταθερή δύναμη στους μυς που υπερνικά τις δυνάμεις ελαστικότητας και βοηθά τα μάτια να παραμείνουν πάνω στον στόχο.


Νευτώνεια Ολοκλήρωση


Την απάντηση στο θέμα του υπολογισμού της ταχύτητας, δηλαδή της Νευτώνειας Ολοκλήρωσής της, προσπάθησε να δώσει η διεθνής επιστημονική κοινότητα από το 1976 με τη βοήθεια των νευρωνικών δικτύων. Πρόκειται για συνδεσμικά κυκλώματα μεταξύ μονάδων που καθεμία από αυτές αναπαριστά ένα κύτταρο. Η δε συναπτική σχέση μεταξύ δύο μονάδων αναπαρίσταται με τη βοήθεια αριθμητικού βάρους. Η αρχιτεκτονική συνδεσμολογία μεταξύ των μονάδων και το αριθμητικό βάρος με το οποίο διαδίδεται η πληροφορία μεταξύ τους παίζουν καθοριστικό ρόλο στον τρόπο με τον οποίο υπολογίζει το σήμα εισόδου παράγοντας έτσι το σήμα εξόδου. Η πρόοδος στην ανατομική γνώση των κυτταρικών περιοχών του Νευρικού Ολοκληρωτή συνέβαλε στη μηχανική εξέλιξη των δικτύων από τεχνητά σε υβριδικά που είναι περισσότερο ρεαλιστικά σε ό,τι αφορά τη φυσιολογία του. Το τελευταίο από αυτά (ερευνητική ομάδα Υπολογιστικών Νευροεπιστημών Παν. Κρήτης, καθ. Α. Μοσχοβάκης, Ι. Δαλέζιος, Σ. Σκλάβος), που αποτελεί ανακάλυψη της χώρας του Πλάτωνα, απαρτίζεται από περίπου εκατό μονάδες που εκπροσωπούν νευρικά κύτταρα τοποθετημένα και στα δύο εγκεφαλικά ημισφαίρια. Ο κανόνας που διέπει τα αριθμητικά συνδεσμικά βάρη μεταξύ τους είναι δανεισμένος από τον κλάδο των Πιθανοτήτων, αποδίδοντας φόρο τιμής έτσι στον μεγάλο μαθηματικό της χιλιετίας που μας πέρασε, τον Gauss. Ανέκαθεν η επιστήμη της φιλοσοφίας τροφοδοτούσε την επιστήμη των νευροεπιστημών με σοβαρά ερωτήματα σχετικά με τη λειτουργία του νου και η συνδρομή των μαθηματικών ήταν, είναι αναγκαία και ικανή. Ο χειρισμός και η εξερεύνηση του υβριδικού αυτού συστήματος με τη βοήθεια των Διαφορικών Εξισώσεων βοήθησε να αποσαφηνίσουμε τι και πώς επιτυγχάνεται σε έναν κυτταρικό πυρήνα στα ανώτερα θηλαστικά, τον υπέρ ενδιάμεσο του Cajal, που πήρε την ονομασία του από τον ίδιο που τον ανακάλυψε στις αρχές του εικοστού αιώνα, τον Raymon y Cajal.


Ας φανταστούμε έτσι ότι και για τα υπόλοιπα είδη κίνησης που ετοιμάζεται να εκτελέσει η Ιουλία υπάρχει επίσης μια αντίστοιχη εγκεφαλική περιοχή που κάνει ανάλογους υπολογισμούς. Ασφαλώς δεν θα αναφερθώ σε αυτά. Είμαι σίγουρος ότι αν ήταν τώρα μαζί μου η Ιουλία θα μου έλεγε: «Αρκετά, μου έχεις πει περισσότερα από όσα θα ήθελα να ξέρω».


Ο κ. Σωκράτης Σκλάβος είναι διδάκτωρ Νευροεπιστημών του Πανεπιστημίου Κρήτης και διδάσκων – ερευνητής στο Πανεπιστήμιο Sheffield της Βρετανίας.

Ακολουθήστε στο Google News και μάθετε πρώτοι όλες τις ειδήσεις
Δείτε όλες τις τελευταίες Ειδήσεις από την Ελλάδα και τον Κόσμο, από
Science
ΒΗΜΑτοδότης
Σίβυλλα
Helios Kiosk