Ucieleśniony umysł

Struktura teorii neurokognitywnych
wykład monograficzny 2012/2013
Wykład 4 (29.10.2013)
Część 1
reguły heurystyczne i schematy interpretacyjne:
ciąg dalszy
Jak można rozumieć
modularność mózgu?

Wyróżnić można co najmniej trzy rozumienia
modularności:




(i) modularności mózgu,
(ii) modularności procesów poznawczych,
(iii) modularności w sensie ewolucyjno-genetycznym.
Typ (i) rozumieć można na dwa sposoby:


modularność w sensie anatomicznym (frenologicznym) [silna]
modularność w sensie sieciowym [słabsza]
Modularność w sensie sieciowym

Joaquin Fuster – trzy typy jednostek





Pierwotne – ich zadaniem jest
przetwarzanie informacji z jednej
modalności zmysłowej.
Asocjacyjne – integrują różne dane z
jednej modalności
Transmodalne – pozwalają łączyć
informacje z rożnych modalności.
Danej funkcji poznawczej nie
odpowiada jedna struktura, której
lokalizację można odkryć, ale raczej
cała sieć powiązanych struktur
Modularność w sensie sieciowym
zakłada minimalną modularność w
sensie anatomicznym
Z czym poradzić musi sobie zwolennik
faktycznej modularności (frenologicznej)






możemy obserwować tylko pewną liczbę aktywnych
neuronów, które traktujemy jako jeden system
ograniczenie poznawcze – liczba neuronów
komplikacja interakcji międzykomórkowych
neuroplastyczność – ograniczony dostęp do dynamiki
multimodalność neuronów
rola komórek glejowych
Lezje a modularność

Mózg jest plastyczny:

„Neuronaukowcy wiedzą, ale często ignorują fakt, że każda
funkcjonalna zmiana w ośrodkowym układzie nerwowym prowadzi
do zmian kompensacyjnych gdzie indziej (…). Jeśli usuniemy kanały
półkoliste w uchu szczura, wówczas wciągu kilku godzin
funkcjonowanie układu przedsionkowego ustabilizuje się (…). Jądra
przedsionkowe pnia mózgu odzyskują poziom podstawowego
działania, nawet pomimo tego, że nie odbierają już informacji z
peryferiów. Jak to się dzieje? Szczerze mówiąc nie mamy pojęcia”
Hardcastle i Stewart

Często zdarza się, że struktury kompensujące dane uszkodzenie
należą do zupełnie innego – przynajmniej anatomicznie – systemu.
Rozdzielczość urządzeń do
neuroobrazowania




Wzrost rozdzielczości powoduje
wzrost poziomu szumu (SNR (signal-tonoise ratio))
Rozróżnienie na szum oraz sygnał jest
obciążone teoretycznie (np. EKG jest
dla kardiologa sygnałem, a dla
neuronaukowca szumem na EEG)
„Odszumianie” wymaga dodatkowych
zabiegów teoretycznych
W miarę wzrostu rozdzielczości
okazać może się, że określona funkcja
poznawcza jest „zdelokalizowana”
problemy z neuroobrazowaniem

Neuroobrazowanie jest pośrednią metodą monitorowania
aktywności mózgu


„W rezultacie kompletnie pomijane są wszystkie komponenty
poznania, które nie są powiązane ze zmianami metabolicznymi (…).
Przykładowo, szybkie (sekundy do minut) zmiany w membranach
kanałów białkowych, które mogą prowadzić do fundamentalnych i
wyraźnych zmian w rodzaju i ilości informacji wysyłanych oraz
odbieranych przez membrany synaptyczne są niewidzialne dla fMRI i
PET. Jest prawdopodobne, że większość procesów poznawczych
zachodzi ‘poniżej zasięgu radaru’ zmian metabolicznych (…)”
Hardcastle i Stewart
Nie do końca wiadomo co powoduje wytwarzanie sygnału
BOLD – 2 teorie:


wytwarzanie potencjałów czynnościowych (teoria)
aktywność synaptyczna (wyniki eksperymentów)
problemy z neuroobrazowaniem

Badania: Yevgeniy B. Sirotin oraz Aniruddha Das (2009)







sygnał BOLD może rosnąć bez pojawienia się przewidywanej (związanej
z jakimś zadaniem poznawczym) aktywności neuronalnej, ale w
oczekiwaniu na określony bodziec.
naukowcy nauczyli prymaty kilkusekundowego skupiania wzroku na
określonym punkcie.
zmiana tego punktu była dla zwierzęcia sygnałem do rozpoczęcia
wpatrywania się w ten punkt lub odpoczynku.
naukowcy stwierdzili, że przepływ utlenowanej krwi rośnie podczas
wpatrywania się prymata punkt.
trudno uznać wpatrywanie się w punkt za zadnie poznawcze, gdyż nie
występują nowe bodźce wzrokowe, które kora mogłaby przetwarzać.
Badania SCR potwierdziły, że aktywność kory zwiększa się tylko, gdy
zmienia się kolor punktu.
Sirotin i Das wywnioskowali z tego, że zwiększony przepływ utlenowanej
krwi powodowany jest antycypacją zmiany koloru punktu, oznaczającego
dla prymata odpoczynek.
Heurystyka odejmowania



Podczas badań z użyciem
neuroobrazowania aranżuje się
zwykle dwie sytuacje
eksperymentalne, które różnią
się dokładnie pod jedynym
względem.
Chodzi o to, by jedna sytuacja
eksperymentalna aktywowała
interesujący proces poznawczy,
natomiast druga nie.
Jest to idealizacja: nie ma dwóch
sytuacji różniących się tylko pod
jednym względem
Schematy interpretacji danych z
neuroobrazowania

Schemat koneksyjny




Koneksyjność funkcjonalna – dwie struktury neuronalne są połączone, jeśli ich aktywacja
następuje równocześnie lub według korelacji o znaczeniu statystycznym
Koneksyjność efektywna – zachodzą kauzalne powiązania różnych struktur neuronalnych
Schemat kontekstu neuronalnego
 struktura neuronalna aktywowana może być bądź w analogicznych, bądź zupełnie
innych warunkach.
 „(…) to, co odróżnia te działania, to nie fakt aktywacji danego obszaru mózgu per
se, ale raczej status innych obszarów. Zależność pomiędzy udziałem jakiegoś
obszaru w realizacji danej funkcji psychicznej od innych powiązanych z nim
obszarów określa się mianem ‘kontekstu neuronalnego’. Sprawia on, że status
określonego elementu sieci może być ściśle uzależniony od statusu jakiegoś
innego elementu” (McIntosh i Korostil)
Schemat sieci małego świata (small-world networks)


Przedmiotem analizy są sieci, które cechują się bliskością poszczególnych węzłów oraz
dużą liczbą powiązań
Zastosowanie wyników badań nad układami dynamicznymi (matematycznymi oraz ich
biologicznymi i społecznymi odpowiednikami)
Część 2
wprowadzenie do paradygmatów interpretacyjnych
Czym jest paradygmat?
„(…) Analiza danej dziedziny w określonym czasie ujawnia
zbiór powtarzających się quasi-standardowych ilustracji
rozmaitych teorii w ich pojęciowych, doświadczalnych
i instrumentalnych zastosowaniach. Są to właśnie paradygmaty
obowiązujące
w
danej
społeczności, przedstawiane
w podręcznikach, wykładach i ćwiczeniach laboratoryjnych.
Studiując je i opierając się na nich w praktyce, członkowie tej
społeczności uczą się swojego zawodu”.
Thomas Kuhn,
Struktura rewolucji naukowych
nieco inne podejście:
Rozwój nauki oceniać można:
„(…) w kategoriach postępowych
i degenerujących się przesunięć
problemowych w serii naukowych
teorii. Najważniejsze z takich serii w
rozwoju nauki charakteryzuje pewna
ciągłość, która łączy ich człony. Ta
ciągłość rozwija się z autentycznego
programu badawczego (…). Program
ten składa się z reguł metodologicznych:
część mówi nam, jakich dróg badań
unikać (heurystyka negatywna), a część,
jakimi drogami podążać (heurystyka
pozytywna)”.
Imre Lakatos
Naukowe
programy badawcze
„Wszystkie
naukowe
programy
badawcze
można
scharakteryzować na podstawie ich „twardego rdzenia”.
Negatywna heurystyka programu zakazuje nam kierować modus
tollens w ten „twardy rdzeń”. Zamiast tego musimy zrobić użytek
z naszej pomysłowości i wyartykułować, a nawet wymyślić,
„hipotezę pomocniczą”, tworzącą wokół tego rdzenia pas
ochronny i tam musimy skierować modus tollens. To ten pas
ochronny hipotez pomocniczych musi przyjąć na siebie całą siłę
uderzenia sprawdzianów i być wciąż na nowo dopasowywany, a
nawet całkowicie zastępowany, tak by bronić utwardzonego w
ten sposób rdzenia. Program badawczy jest udany, jeśli to
wszystko wiedzie do postępowego przesunięcia problemowego;
a nieudany, jeśli przesunięcie problemowe, do jakiego to wiedzie,
ulega degeneracji”. Imre Lakatos
Rola paradygmatów interpretacyjnych w
neuronauce poznawczej
Przyjęcie określonego paradygmatu wpływa m.in. na:
(a) sposoby interpretacji danych na każdym z poziomów, a więc
przyjęte schematy,
(b) typy dopuszczalnych eksperymentów,
(c) wzbogacenie wiedzy towarzyszącej o dane z różnych dziedzin
nauki,
(d) wyznaczenie celów badawczych,
(e) przyjęcie określonej wizji antropologicznej, o dużej składowej
filozoficznej
(f) przyjęcie określonego poglądu na funkcjonowanie umysłu,
(g) przyjęcie szeregu dodatkowych, nie zawsze artykułowanych
explicite, założeń filozoficznych.
Trzy podstawowe paradygmaty
intepretacyjne

Paradygmat komputerowy

Psychologia ewolucyjna

Embodied-embedded mind