Tekst niniejszy stanowi jeden z rozdziałów książki Autora: Od neuronu do (samo)świadomości, która ukaże się w marcu b.r. W Racjonaliście, dzięki uprzejmości wydawnictwa Prószyński i S-ka. Spis treści całej książki:

Oś przewodnia
1. Funkcjonowanie neuronu
2. Budowa i funkcja mózgu
3. Ogólna struktura sieci neuronalnej
4. Popędy, emocje, wolna wola
5. Natura obiektów mentalnych
6. Powstanie i istota (samo)świadomości
7. Sztuczna inteligencja
8. Ograniczenia poznawcze człowieka

*

Do czego tak naprawdę służy, z biologicznego punktu widzenia, mózg, lub — szerzej — układ nerwowy? Oczywiście, tak jak w przypadku wszystkich narządów i funkcji organizmów żywych, odpowiedź jest jedna — chodzi o maksymalizację szans na przeżycie i pozostawienie potomstwa. Jedyną „celowość" czy „sensowność" narzuca organizmom biologicznym dobór naturalny — to pod dyktat tego podstawowego mechanizmu ewolucji odbywa się wartościowanie rozmaitych przystosowań, to on stanowi bezapelacyjny punkt odniesienia dla oceny sprawności radzenia sobie przez poszczególne ustroje żywe w ich środowisku. Funkcją mózgu danego organizmu jest wywołanie takiego behawioru tego organizmu, aby zaspokoić oczekiwania jego samolubnych genów, czyli dążność do powielenia się w możliwie dużej liczbie kopii. ^{[ 1 ]}

W jaki sposób geny potrafią wymusić takie funkcjonowanie mózgu? Przecież u człowieka i wyższych zwierząt ogromna część szczegółowego schematu połączeń synaptycznych w mózgu nie jest wrodzona, lecz zostaje nabyta podczas rozwoju osobniczego, w miarę uczenia się i gromadzenia doświadczeń. Co więc powoduje, iż sieć neuronalna w trakcie rozwoju osobniczego rozwija się w biologicznie „poprawnym", a nie całkowicie przypadkowym kierunku? Odpowiedź na to pytanie brzmi: wrodzone popędy (wyrażające się w postaci pewnych mechanizmów neurofizjologicznych) oraz obecny w mózgu system nagrody/kary. To one gwarantują, iż formowane struktury asocjacyjne wytworzą w mózgu możliwie najbardziej adekwatny do rzeczywistości (co tu oznacza: najbardziej sprawny instrumentalnie) obraz świata zewnętrznego oraz system reakcji behawioralnych prowadzących do przeżycia, zdobycia pożywienia oraz sukcesu reprodukcyjnego.

Główny cel każdego zespołu genów — powielić się w możliwie dużej liczbie kopii — jest zbyt ogólny i abstrakcyjny jako wiodąca dyrektywa dla rozwoju sieci neuronalnej w mózgu podczas rozwoju osobniczego. Dlatego też cel ten został (w trakcie biologicznej ewolucji mózgu) podzielony na szereg „podcelów", do których możemy zaliczyć: (i) uniknięcie zagłady (np. zabicia przez drapieżniki), (ii) zdobycie pożywienia, (iii) odnalezienie partnera płciowego i doprowadzenie do rozrodu, (iv) poznanie zarówno szczegółowych cech otoczenia, w którym dany osobnik żyje, jak i ogólnych cech i reguł rządzących światem zewnętrznym (jest to przydatne przy realizowaniu pozostałych podcelów), (v) zapewnienie potomstwu opieki, pożywienia i odpowiedniej nauki, (vi) uniknięcie chorób i zranień, obniżających kondycję zwierzęcia, i tak dalej. Za realizację tych podcelów przez mózg (a więc, wcześniej, za kontrolę wykształcenia w trakcie rozwoju osobniczego odpowiednich wzorców połączeń synaptycznych) odpowiedzialne są poszczególne (szeroko rozumiane) popędy, odpowiednio: popęd samozachowawczy, zaspokojenia głodu, płciowy, poznawczy, instynkt rodzicielski, skłonność do unikania chorób i zranień… Oczywiście, powyższa lista popędów nie jest pełna, granice pomiędzy nimi nie są idealnie ostre, a więc same popędy zostały wyróżnione w sposób nieco arbitralny. Szczególne miejsce zajmuje tu popęd poznawczy, którego głównym celem zdaje się być realizacja pozostałych popędów (oczywiście u zwierząt; u człowieka został on w dużej mierze wysublimowany jako „czysta" ciekawość świata, zainteresowania naukowe, filozofia itd.), a który jest istotny dla naszych rozważań, dlatego też jeszcze do niego niejednokrotnie powrócę.

Popędy to wrodzone mechanizmy neurofizjologiczne wraz z leżącymi u ich podstawy odpowiednimi strukturami neuronalnymi, które stanowią punkt odniesienia zarówno dla poczynań zwierzęcia, jak i dla rozwoju odpowiedzialnych za behawior struktur asocjacyjnych w jego mózgu. Popęd zaspokajania głodu jest „usatysfakcjonowany" wówczas, gdy receptor stężenia glukozy we krwi rejestruje jej wysoki poziom, a odpowiednie receptory mechaniczne w ściankach żołądka wyczuwają nacisk spowodowany obecnością pokarmu. Usatysfakcjonowanie owo oznacza odpowiednie pobudzenie obwodów neuronalnych związanych z tym popędem, o czym następnie jest informowany... ale o tym za chwilę. Popęd samozachowawczy nie jest zaspokojony w obliczu bezpośredniej bliskości drapieżnika — wtedy w stan alarmu postawione są funkcjonalne ośrodki w mózgu związane z tym popędem. Zaspokojenie popędu płciowego wiąże się oczywiście z odbyciem aktu płciowego, a zaspokojenie „popędu" unikania chorób i zranień polega na unikaniu sytuacji, w których może dojść do infekcji jakimś pasożytem, zatrucia toksycznym pokarmem (np. trującymi roślinami) lub po prostu do zranienia. Popęd poznawczy wiąże się ze spontaniczną aktywnością mózgu ukierunkowaną na tworzenie nowych zapisów pamięciowych, czyli rozbudowę systemu struktur asocjacyjnych. Aby go rozładować, potrzebne jest nagromadzenie dziennej porcji nowych doświadczeń, przy tym owa porcja jest względnie największa w młodym wieku, kiedy procesy uczenia się zachodzą najszybciej (stąd między innymi bierze się skłonność do zabaw). Jak już wspomniałem, zaspokojenie (lub brak zaspokojenia) każdego z popędów na poziomie neurofizjologicznym znajduje odbicie w aktywacji (wrodzonej) funkcjonalnej struktury połączeń (lub braku owej aktywacji) w sieci neuronalnej leżącej u podstawy danego popędu. O tym, czy dany popęd został zaspokojony, czy też nie, informują oczywiście (po ich uprzednim przetworzeniu) dane zmysłowe pochodzące od receptorów.

Poszczególne „neuronalne struktury popędowe" informują o swoim pobudzeniu lub jego braku centralny „czynnik wartościujący" w mózgu — system nagrody/kary ^{[ 2 ]} (ang. reward system) ^{[ 3 ]}. Działa on, jak sama nazwa wskazuje, na zasadzie kija i marchewki, powstaje jednak zasadnicze pytanie, co jest owym osłem, którego zachowaniem kij i marchewka miałyby sterować. Odpowiedź wydaje się (moim zdaniem) prosta: analogię zachowania się osła stanowi tu tworzenie takich a nie innych struktur asocjacyjnych. Termin „struktury asocjacyjne" wzbogaca się tutaj o jeszcze jedno znaczenie, albowiem system nagrody/kary wzmacnia (dodatkowo udrażnia, kanalizuje), poprzez wzrost wag odpowiednich połączeń synaptycznych (obniżenie ich progu pobudliwości), te struktury asocjacyjne, których tworzenie lub uaktywnienie koincydowało w czasie (lub sytuacyjnie) z zaspokojeniem jakiegoś popędu (popędów), osłabia zaś (blokuje), obniżając wagi połączeń synaptycznych, struktury asocjacyjne, których utworzenie/uaktywnienie zostało skojarzone z brakiem zaspokojenia któregoś z popędów. Nie ma w tym, moim zdaniem, nic tajemniczego. Po prostu system nagrody/kary, którego rozgałęzienia (aksony) sięgają do wszystkich części kory mózgowej, wysyła (poprzez odpowiednie neurony/synapsy) sygnały pobudzające do struktur asocjacyjnych, które chce utrwalić, natomiast (przez inne neurony/synapsy) sygnały hamujące do struktur, które mają być osłabione lub całkiem wyeliminowane (możliwe zresztą, że sygnały pobudzania/hamowania wysyłane są do całej kory mózgowej, ale reagują na nie jedynie te struktury asocjacyjne, które właśnie były uaktywnione). To także system nagrody/kary decyduje o tym, które tymczasowe, „próbne" struktury asocjacyjne w krótkotrwałej pamięci operacyjnej zostaną przesłane do pamięci długotrwałej i w niej utrwalone.

System nagrody/kary uczestniczy w tworzeniu, usuwaniu i modyfikacji struktur asocjacyjnych przede wszystkim w decyzyjnej części mózgu (kory mózgowej), ale także w jego części sensorycznej i motorycznej. Posłużmy się kilkoma przykładami. Małe dziecko, realizując popęd poznawczy, próbuje chwytać rozmaite przedmioty lub chodzić. Te, początkowo zupełnie przypadkowe, kombinacje skurczów mięśni, które uwieńczone zostają sukcesem, są „nagradzane" poprzez utrwalanie (wzmacnianie) odpowiadających im struktur asocjacyjnych. W mózgu ptaka owadożernego, po kilkakrotnym zatruciu się owego pechowego ptaka wskutek zjedzenia osobnika jakiegoś charakterystycznie ubarwionego gatunku owada, „popęd" unikania chorób i zranień drastycznie osłabi strukturę asocjacyjną „kojarzącą" te owady z czymś jadalnym i uruchamiającą przez to odpowiedni behawior. Młode zwierzę doznaje chęci ucieczki przed każdym poruszającym się obiektem i dopiero obserwacja matki może „nauczyć" odpowiednie struktury asocjacyjne w jego mózgu, których obiektów naprawdę należy się obawiać. Oczywiście w miarę rozwoju sieci neuronalnej, np. u dorastającego ssaka, „nagradzane" są i „karane" coraz bardziej złożone struktury asocjacyjne, odpowiedzialne za odpowiednie rozpoznawanie i rozumienie coraz to bardziej skomplikowanych obiektów rzeczywistego świata i rządzących nimi praw oraz za coraz bardziej złożone repertuary zachowań. W sieci neuronalnej drapieżnika będą na przykład utrwalane takie strategie polowania (obejmujące m.in. rozpoznanie właściwej ofiary, sposób podkradania się do niej, ocenę odległości, wybór pomiędzy skokiem i pościgiem), które zostaną skojarzone z sukcesem w poprzednich próbach polowania. Generalnie rzecz ujmując, nauka odbywa się tutaj metodą prób i błędów (dodatkowym mechanizmem może być naśladowanie innych osobników tego samego gatunku). Trochę jest to podobne do „uczenia się" sztucznych sieci neuronalnych, gdzie ma miejsce tak zwana wsteczna propagacja błędu, korygująca wagi poszczególnych połączeń, wzmacniając je lub osłabiając w zależności od tego, jak daleka była dana reakcja układu od reakcji oczekiwanej, tak aby ostatecznie „na wyjściu" otrzymać możliwie bliską pożądanej reakcję na bodziec „na wejściu". W mózgu odbywa się to oczywiście w sposób o wiele bardziej skomplikowany.

Trudno jednoznacznie zidentyfikować cały system nagrody/kary w obrębie mózgu. Powszechnie jest on kojarzony (a przynajmniej jego część „nagrodowa") z tak zwanym układem dopaminergicznym, to jest rozgałęzioną po całym mózgu siecią neuronów, których aksony uwalniają neurotransmiter zwany dopaminą. Wiadomo, iż dopamina uwalniana jest w warunkach zaspokojenia popędów (zaspokojenia głodu, dokonania aktu płciowego, usunięcia zagrożenia lub bodźca stresogennego); u człowieka towarzyszą temu pozytywne przeżycia (o czym za chwilę). Narkotyki powodujące wzmożone wydzielanie dopaminy, na przykład amfetamina, wywołują odczucia ekstatyczne, natomiast niedobór dopaminy prowadzi do depresji. Nie jest do końca jasne, czy układ dopaminergiczny wyczerpuje wszystkie funkcje tego, co skłonni bylibyśmy nazwać systemem nagrody/kary. W mózgu szczura istnieje na przykład obszar, który czasem nazywany bywa „ośrodkiem przyjemności", kiedy bowiem umieścimy w nim elektrody, a włącznik prądu podłączymy do pedału umieszczonego w klatce, to szczur ów przestanie być zainteresowany jedzeniem, seksem i w ogóle jakąkolwiek aktywnością, lecz będzie bez przerwy naciskał wspomniany pedał, aż w końcu zdechnie z głodu. Po prostu, wprowadzając szczurowi elektrody w „ośrodek przyjemności", stworzyliśmy mu niezmiernie potężny „sztuczny popęd", którego zaspokajanie znacznie silniej stymulowało pozytywnie układ nagrody/kary niż zaspokajanie jakiegokolwiek innego popędu, co spowodowało niebywałe wprost wzmocnienie struktury asocjacyjnej wydającej dyrektywę „naciskaj pedał bez względu na wszystko". U człowieka znaleziono (poprzez drażnienie elektrodami różnych części mózgu i pytanie pacjenta o doznawane wrażenia) pewien odpowiednik „ośrodka przyjemności" w tzw. przegrodzie (część kory mózgowej), natomiast „ośrodek przykrości" utożsamiany jest czasem z tzw. ciałem migdałowatym, chociaż tu dowody są mniej jednoznaczne. Myślę, iż na obecnym etapie wiedzy bezpieczniej jest powiedzieć, że — chociaż wykryto już pewne aspekty systemu nagrody/kary - wiele szczegółów pozostało jeszcze do wyjaśnienia.

Zaspokojenie/niezaspokojenie popędów pobudza (pozytywnie lub negatywnie) nie tylko układ nagrody/kary. Takie sytuacje jak zagrożenie lub, przeciwnie, pościg za ofiarą, aktywują układ noradrenergiczny (związany z neurotransmiterem noradrenaliną), zwany też systemem energii mózgu. O ile system dopaminergiczny udrażniał selektywnie tylko „korzystne" struktury asocjacyjne, to system noradrenergiczny uaktywnia niespecyficznie większość mózgu, dodając (w bardzo wielu neuronach) do sygnałów sumowanych u nasady aksonu dodatkowy sygnał pobudzający (patrz: rozdział 2), przez co generalnie przyspiesza pracę mózgu oraz jego szybkość reagowania na konkretną sytuację. Stymulacja układu noradrenergicznego powoduje wzrost pobudzenia, uwagi, podniecenia, napięcia, natomiast jego dezaktywacja prowadzi do spadku napięcia, ospałości, rozleniwienia. Jest chyba jasne, iż, generalnie rzecz biorąc, system noradrenergiczny włączany jest w przypadku braku zaspokojenia popędu(ów), a wyłączany w przypadku ich zaspokojenia (chociaż nie jest to takie proste, np. chroniczny brak zaspokojenia jakiegoś popędu może prowadzić do depresji, stanu zdecydowanie „niskoenergetycznego"). Trzecim systemem, którego akcja nakłada się na działanie dwóch pozostałych, jest system serotoninowy, odpowiedzialny za ogólną kontrolę nastroju. Systemy noradrenergiczny i serotoninowy biorą także udział w regulacji cyklu snu i czuwania.

Wróćmy jednak do systemu nagrody/kary. Dochodzimy teraz do bardzo istotnego punktu naszych rozważań. Otóż psychicznym korelatem pozytywnego/negatywnego pobudzenia systemu nagrody/kary, wywołanego zaspokojeniem/niezaspokojeniem popędów oraz związanego z tym wzmocnienia/osłabienia odpowiednich struktur asocjacyjnych (np. poprzez uaktywnienie układu dopaminergicznego i wydzielanie dopaminy) jest subiektywne odczucie przyjemności/przykrości. Czytelnik mógł się już tego domyślić, gdy kilka akapitów wyżej mówiłem o ośrodkach przyjemności i przykrości. Z drugiej strony sądzę, że o ośrodku przyjemności/przykrości można w sposób dosłowny mówić jedynie u istot, które obdarzone są (samo)świadomością, a więc, co za tym idzie, subiektywnymi stanami psychicznymi. Trudno zawyrokować, czy człowiek jest jedyną istotą na Ziemi posiadającą świadomość, ale z pewnością posiada ją rozwiniętą w sposób niewspółmierny do innych zwierząt.

Jedna z podstawowych zasad psychologii głosi, iż ludzie są umotywowani do działań, które skutkują pozytywnymi (przyjemnymi) odczuciami, unikają zaś działań, które kojarzą im się z negatywnymi (przykrymi) odczuciami. Zatem system nagrody/kary to odziedziczony po nieświadomych przodkach zwierzęcych mechanizm motywacyjny, którego działalność została zaadoptowana przez subiektywną sferę psychiczną jako przyjemność/przykrość. Pierwotnie zatem oś przyjemność-przykrość odzwierciedlała i dokładnie pokrywała się z wyznaczoną przez dobór naturalny osią przystosowanie-nieprzystosowanie (do warunków środowiskowych). Czy jednak do dzisiaj osie te w każdym przypadku pokrywają się i wskazują w tym samym kierunku?

Otóż moim zdaniem — zdecydowanie nie. Uważam, iż w rozwiniętych społeczeństwach ludzkich nastąpiło daleko idące rozejście się tych osi. W takich społeczeństwach, ze względu na cywilizacyjnie osiągnięty dobrobyt i brak bezpośredniej konieczności „walki o byt", dobór naturalny uległ znacznemu osłabieniu lub został zgoła wyłączony (pomijając trywialne przypadki mutacji letalnych), a w nie zagospodarowaną przez niego przestrzeń zachowań wszedł dobór kulturowy oraz (właśnie!) zachcianki „ośrodka przyjemności", który, wyzwolony spod bezpośredniego nadzoru ewolucji biologicznej, dąży już przede wszystkim do dogodzenia samemu sobie, często zresztą w sposób niezmiernie upośredniony (a więc mieści się tu zarówno bachiczne rozpasanie, jak religijna asceza i takie „uwznioślenie" popędu poznawczego, by stał się on celem samym w sobie, jak to ma miejsce w czystej nauce). Co więcej, po wyłonieniu się psychicznego i kulturowego poziomu rzeczywistości, oś przyjemność-przykrość niejednokrotnie stawała w ewidentnej opozycji do osi przystosowanie-nieprzystosowanie (dążyła do celów sprzecznych z tą ostatnią), przełamując w ten sposób, przynajmniej częściowo, bezwzględny dyktat genów nad naszym zachowaniem. Ów zgrzyt na linii natura-kultura i psychika wynika z faktu, że poziom kulturowy, podobnie jak poziom psychiczny, wszedł w posiadanie swoich własnych, arbitralnych celów i praw, a także mechanizmów potrzebnych do ich realizacji, nieobecnych na poziomie biologicznym.

Aby przełożyć te abstrakcyjne rozważania na konkrety, podam kilka przykładów. Pustelnik nie przekazuje dalej swoich genów ani w żaden sposób nie pomaga w tym krewnym. To samo dotyczy kapłana, naukowca czy artysty, rezygnujących z posiadania potomstwa w imię celów „wyższych". Ratując przed utopieniem się osobę z nami niespokrewnioną (a już zwłaszcza reprezentanta innej rasy), który to czyn wydaje się oczywisty z punktu widzenia etyki, wspieramy geny swojego potencjalnego konkurenta w walce o byt (rywalizacji o ograniczone zasoby środowiska) oraz często narażamy własne życie. Kolejne przykłady to wolny seks uprawiany w celach innych niż prokreacyjne (środki antykoncepcyjne zajmują czołowe miejsce na „czarnej liście" wrogów doboru naturalnego), alkohol, narkotyki, nieograniczone uciechy kulinarne i palenie tytoniu. Z biologicznego punktu widzenia przynoszą one same szkody: przede wszystkim bezsensowną alokację energii, lecz także choroby weneryczne, AIDS, otyłość, marskość wątroby, uzależnienie, zawały serca i nowotwory (by wymienić tylko niektóre). Wszystkie przytoczone przykłady łączy natomiast jedno: bezpośrednie lub bardziej upośrednione stymulowanie „ośrodka przyjemności" (czyli systemu nagrody) w mózgu (jeśli jest ono bardziej pośrednie, zawoalowane, jak w przypadku ascety, naukowca czy artysty, mówimy o „wyższych", uwznioślonych motywacjach ludzkich). Nikt natomiast nie przekona mnie, iż czynności te w jakiś sposób „kalkulują się" doborowi naturalnemu. Zresztą zachowania niezgodne z doborem naturalnym nie ograniczają się wyłącznie do człowieka: nawet słonie i małpy upijają się napotkanym przypadkowo sfermentowanym sokiem owoców, ponieważ stymuluje to ich ośrodek przyjemności (z punktu widzenia ewolucji ma więc tu niewątpliwie miejsce pobudzenie systemu nagrody „niezgodne z jego przeznaczeniem"). To, co w tym przypadku zdarza się sporadycznie i jako takie umyka doborowi naturalnemu, stanowi immanentną składową ludzkich społeczeństw (mówię tu o działalności sprzecznej z interesami ewolucji biologicznej w ogóle, a nie tylko o spożywaniu alkoholu), w których dobór naturalny został bardzo osłabiony przez „bufor cywilizacyjny", a które, notabene, stają się przez to coraz bardziej obciążone genetycznie, więc ten stan zapewne nie jest stabilny i nie będzie trwał wiecznie.

Po przeczytaniu tego tekstu, czytelnicy często wybierają też: g. Mit wolnej woli Sztuczki umysłu

See comments (64)..

Send text to e-mail address..

Print-out version..    PDF    MS Word

Bernard Korzeniewski Biolog - biofizyk, profesor, pracownik naukowy Uniwersytetu Jagielońskiego (Wydział Biochemii, Biofizyki i Biotechnologii). Zajmuje się biologią teoretyczną - m.in. komputerowym modelowaniem oddychania w mitochondriach. Twórca cybernetycznej definicji życia, łączącej paradygmaty biologii, cybernetyki i teorii informacji. Interesuje się także genezą i istotą świadomości oraz samoświadomości. Jest laureatem Nagrody Prezesa Rady Ministrów za habilitację oraz stypendystą Fundacji na Rzecz Nauki Polskiej. Jako "visiting professor" gościł na uniwersytetach w Cambridge, Bordeaux, Kyoto, Halle. Autor książek: "Absolut - odniesienie urojone" (Kraków 1994); "Metabolizm" (Rzeszów 195); "Powstanie i ewolucja życia" (Rzeszów 1996); "Trzy ewolucje: Wszechświata, życia, świadomości" (Kraków 1998); "Od neuronu do (samo)świadomości" (Warszawa 2005), From neurons to self-consciousness: How the brain generates the mind (Prometheus Books, New York, 2011).  Private site  Number of texts in service: 41  Show other texts of this author  Newest author's article: Istota życia i (samo)świadomości – rysy wspólne