Tietoisuuden valokeila, tietojen käsittely ja oppiminen

(Allekirjoittaneen muut artikkelit, tutkielmat ja tutkimukset löytyvät otsikoittain blogiin liittämisen vuoden ja kuukauden mukaan järjestetystä blogiarkistosta sivun oikean puoleisesta palstasta.)

Tietoisuuden valokeila, tietojen käsittely ja oppiminen

Daniel Borin kirjan ”The Ravenous Brain” sekä Simona Ginsburgin ja Eva Jablonkan kirjan ”The Evolution of Sensitive Soul” esittelyä ja pohdintoja

Minulle tietoisuus on ollut suuri, lähes kaikkea syleilevä mysteeri niin pitkälle kuin muistini yltää. Tässä artikkelissa valaisen taustaani tietoisuuden tutkijana. Esittelen Borin tietoisuutta käsittelevän, selkeän ja innostavan kirjan siten kuin se on minulle valjennut. Hänelle tietoisuus on pitkälti ihmisen huomion kiinnittämisen tilassa tekemää abstraktista tietojen käsittelyä. Sitten siirryn Ginsburgin ja Jablonkan monipuolisesti tietoisuutta ja tietoisuuden tutkimusta käsittelevään kirjaan. Kirjan johtolankana on tuoda esille ja perustella tietoisuutta rajattoman (open-ended) yhdistävän oppimisen toiminnallisen mallin mukaisesti. Malli on varsin yleinen, mahdollisimman suuren joukon ilmiöitä kattava ja sen ymmärtämisessä evolutiivinen perspektiivi on tärkeä.  Kirjoittajille tietoisuus on kokemista, tunnetta ja informaation prosessointia, eikä edellytä symbolisaatiota tai rationalisointia. Lopuksi käsittelen mahdollisuutta liittää maailman dualistinen selitysmalli naturalistiseen.

Oma lähtökohtani

Haluni selvittää tietoisuutta juontaa jo muutaman vuoden ikäisenä lapsena usein kokemastani intensiivisestä olemisen ja itsetietoisuuden tunteesta. Nuorukaisena tämä olemassaolon tunne saattoi muuntua hetkittäin intensiiviseksi, mystiseksi ja kokonaisvaltaiseksi kokemustilaksi. Halusin tietää tietoisuuden perustan, välttämättömän ja riittävän syyn. Koin aineellisen ulkoisen maailman selkeästi erillisenä, eri laatua olevana kuin tämä tietoinen kokemukseni olemassaolosta. Tuolloin minulla ei ollut opillista tietoa filosofisista peruskysymyksistä ja filosofisista pohdinnoista.  Olin päätynyt ilmeisesti samaan oivallukseen kuin René Descartes: ”cogito ergo sum”, ”ajattelen, olen olemassa”. Toki ydinkokemukseeni en liittänyt ajattelua, vain havaitsemisen ja kokemisen. Jos Descartesin ”cogito” termi tulkitaan havaitsemiseksi, perusoivallukseni oli yhtäpitävä hänen kanssaan.

Olin päätynyt dualismiin. Subjektiivisen tietoisuuden tunteen liitin kristinuskon sieluun ja henkiseen olemukseen. Koin dualismin ongelman niin puoleensavetävänä, että minun oli saatava ongelma ratkaistua. Millaiset mahdollisuudet ja rajoitteet fyysinen kehomme antaa tietoisuudelle (tietoisuuden toteutumiselle)? Arvelin saavani parhaat nuoruuteni aikaiset tiedot fyysisestä kehosta lääketieteen opinnoissa ja siksi pyrin ja pääsin opiskelemaan lääketiedettä. Pettymyksekseni opinahjossani ei tiedetty tietoisuudesta juuri enempää kuin ei mitään. Vielä pahempaa, juuri kukaan ei vaikuttanut olevan kiinnostunut aiheesta. Lääketieteellinen tiedekunta oli kuitenkin ammattikoulu ja valmistuttuani toimin neljäkymmentä vuotta lääkärinä suorittaen lyhyttä pidemmän oppimäärän tuomitsemattomuudessa, toisen ihmisen osaan asettumisessa ja ymmärtämisessä sekä luovassa ja pragmaattisessa ongelmien ratkaisuissa.. Kiinnostuksen aiheideni valintaperusteena säilyi alkuperäinen ongelma. Eläkkeelle siirryttyäni olen voinut paneutua täysiaikaisemmin tietoisuuden tutkimiseen.

Tajuntamme fyysinen, biologinen perusta ei valitettavasti ole tietoisuutemme saavutettavissa. Introspektio, meditaatio ei ole riittävä tapa selvittää ”kovaa ongelmaa” mielen ja aineen välillä. Tyytyväisyydellä olen voinut todeta, että jo 1990-luvulta on tutkimuksellisesti paneuduttu tietoisuuden ongelmaan. Neurotieteen huiman kehityksen ansiosta voidaan jo esittää suuret linjat kuinka aivot ja muu keho ovat nivoutuneet tietoisuuteen. Käsittelen artikkelissani tajuntaa nykyisen tieteellisen paradigman mukaan. Fyysisestä maailmasta erillisiä mahdollisia vaikuttavia tekijöitä ei oteta huomioon naturalistisessa mallissa. Tietoisuus ei ole käsitteellisesti yhteismitallinen hermoston tai hermoimpulssin kanssa ja on filosofisesti kategoriavirhe väittää hermoston toiminnan olevan tietoisuutta. Mitattavissa olevilla parametreilla etsitään hermoston vastaavuuksia (correlates) tietoisuudelle.

Sudennälkäiset aivot

Neurotieteilijä Daniel Borin kirjan parasta antia on eritoten aivosähkökäyrään (EEG), toiminnalliseen magneettiresonanssikuvaukseen (fMRI), aivomagneettikäyrään (MEG) ja neuropsykologisiin testeihin perustuvat käsitykset aivojen toiminnasta.  Hänen ajatusrakennelmiaan voisi lähestyä vaikka kolmiosta huomio – tietoisuus – työmuisti käsin. Näkemykset kuvaavat neurotieteellisiä ja neuropsykologisia käsityksiä tajunnasta 2010-luvun alkupuolella. Uudempiin tekniikoihin, kuten optogenetiikkaan tai yksittäisen fotonin kuvantamiseen (single photon imaging) perustuvia solutason tutkimustuloksia, ei esitetä.

Ihmisen työmuisti on hämmästyttävän pieni. Voimme käsitellä vain noin neljää asiaa kerrallaan. Kuitenkin kukin asia voi olla koostunut useasta alaluokasta ja alaluokka taas toisista alaluokista lähes loputtomiin. Täten kykenemme yhdistämään ajatuksissamme ideoita rajattomasti. Työmuistin toimiminen optimaalisesti edellyttää tarkkaavaisuutta. Tutkimukset osoittavat vakuuttavasti, että ilman huomiota ulkoisten tai sisäisten impulssien tieto ei saavuta tietoisuutta, eikä siten ole työmuistimme käytössä. Toki alitajuista informaation käsittelyä tapahtuu jatkuvasti mutta näiden tietojen käsittely on automaattista ja edellyttää aiempaa oppimista tai evoluutioon perustuvaa hermoston valmiutta. Borille tietoisuus on lähtökohtaisesti tietojen käsittelyä. Tutkimustulokset tukevat vahvasti tätä. Teorian vahvin todistus olisi rakennettu informaatiota käsittelevä kone, joka olisi tietoinen. Tällaisen tietoisen koneen rakentaminen ei ole näköpiirissä, koska ilmeisesti tietomme aivojen informaation käsittelystä on liian vajavaista.

Tietoisuuden päätarkoitus on etsiä, löytää, muistaa ja käyttää tiedon strukturoituja malleja työmuistissa. Bor käyttää termiä ”chunk”, jolle suomenkielinen vastine voisi olla malli, rakenne, tiivistymä tai osa. Hän painottaa ihmisen sudennälkäistä, kyltymätöntä intohimoa etsiä rakenteita meille saapuvasta informaatiosta. Kehittelemme strategioita havaita ja oppia uusia säännönmukaisuuksia, jotka taas toimivat malleina uusien mallien havaitsemiseksi. Mallien etsimisen innolla ja monipuolisuudella on myös kääntöpuolensa. Kovin usein luomme johtopäätöksiä puutteellisen tiedon perusteella ja mikä pahinta pidämme lukkiutuneesti, härkäpäisesti kiinni virheellisistä päätelmistämme.

Tietoisuus edellyttää aivojen laaja-alaista ja jatkuvaa informaation vaihtoa aivoissa. Tietoisuuden fyysisenä välineenä ovat hermojen muodostamat radat silmukoineen. Borin mukaan huomattavimmat nykyiset tietoisuusteoriat ovat laajasti otettuina samansuuntaisia. Dehaenen koko aivot käsittävä hermostollinen työtila (global neuronal workspace, GNW) perustuu pitkälti empiirisiin tietoihimme hermojen toiminnan yksityiskohdista. Tononin informaation integraatioteoria (information integration theory, IIT) on matemaattinen malli, jonka mukaan mille tahansa informaatiota käsittelevälle eliölle tai laitteelle voidaan periaatteessa laskea luku, joka kuvaa tietoisuusastetta. Tietoisuudelle välttämätön ehto on toimiva otsalohkojen etuosan ja päälakilohkon verkosto (prefrontal parietal network). Sen lisäksi ilmeisesti talamus ”keskusasemana” on välttämätön ja ilman aivorungon aivoverkoston (formatio reticularis) tervettä toimintaa olisimme kuolleita tai syvästi tajuttomassa vegetatiivisessa tilassa. Otsalohkojen etuosan ja päälakilohkon verkosto toimii tietoisuuden yleistoimintaverkostona. Tietoisuuden sisällöstä vastaavat aivojen monet erikoistoiminta-alueet kuten näkö-, puhe- ja kuuloalueet.

Aivot muodostavat tiedostamattomasti jatkuvasti päivittyvää mielen sisäistä mallia ulkomaailmasta. Aisteista tulevaa informaatiota verrataan aivoverkoston muodostamaan ennakoivaan malliin ympäröivästä tilasta. Epäsuhta ennakoidun ja aktuaalisen tilan välillä voidaan ilmaista ennakointivirheenä, joka on puolestaan perustana oppimiselle. Tietoinen mielen sisäinen malli visuaalisesta ympäristöstä ja tämän mallin muodostuminen on kiinteästi yhteydessä aivojen eri osiin. Joillakuilla vasemman puoleiseen aivohalvaukseen sairastuneilla (tila, jossa osa aivojen oikeasta puolesta on tuhoutunut) esiintyy näkökentän vasemman puolen huomiotta jättämisen (neglect) lisäksi heikkous muodostaa mielikuvituksessa vasemman puoleista näkökentän osaa. Heikkouden voi perustellusti väittää aiheutuvan tietoisuudelle oleellisen, koko aivojen laajuisen, hermostollisen työtilan otsalohkon etuosan ja päälakilohkon yhteyden heikentyneestä toiminnasta orientoitumisessa vasemman puoleisiin asioihin ja aivojen puoliskojen takaosien katkenneesta yhteydestä tilallisen informaation prosessoinnissa symmetrisesti pitkäaikaisesta muistista (1). On yllättävää ja havahduttavaa oivaltaa kuinka kiinteästi - jopa paikallisesti - aivot koodaavat mielen sisäistä ympäröivän maailman mallia: näkökentän vasenta puolta edustavan aivojen osan tuhoutuminen tuhoaa myös kykymme mielikuvituksessa muodostaa malli vasemman puoleisesta näkökentästä.

Lähes kaikki eläimet nukkuvat mukaan luettuina hyönteiset. Valveilla hermosolujen yhteydet vahvistuvat. Unessa yhteydet heikkenevät energeettisesti kestävälle tasolle (2) ja vain osa jää pitkäaikaisiksi. Lepäävissä aivoissa tapahtuu energian minimointi, mikä ilmenee unenaikaisen aivosähkökäyrän synkronoiduissa delta-aalloissa. Oppiminen, muisti ja tietoisuus heikkenevät, jos uni jää riittämättömäksi. Samoin keskittyminen huononee ja pidentynyt valvetilaa altistaa pian hallusinaatioille.

Jos altistumme toistuvasti stressaaville ja ahdistaville tilanteille, mantelitumake muuttuu yliaktiiviseksi ja heikentää ohjaavan otsalohkon etuosan toimintaa vähentäen tietoista tilaa käsitellä ongelmia ja karsia turhia ajatuksia ja tunteita. Depressiivisten ja ahdistuneiden ihmisten mantelitumakkeen vasteet pelottaville stimuluksille ovat voimistuneet. Heidän otsalohkojen etuosan ja päälakilohkojen verkoston aktiviteetti on alentunut jopa suoritettaessa neutraaleja tehtäviä, jotka vaativat työmuistia ja keskittymistä. Vaaratilanteissa, kuten pedon kohtaamisessa, nopea ja automaattinen ajatukset lamauttava mantelitumakereaktio on hyödyllinen, mutta yleensä siitä on etupäässä haittaa, kuten vaikkapa esiintymispelossa. Bor avaa joihinkin psykiatrisiin sairauksiin alentuneen työmuistin ja alentuneen tietoisuuden näkökulman. Autismissa tietoisuus ei ole supistunut, vaan päinvastoin laajentunut. Kaventunutta työmuistia aiheuttavat tekijät kuten unettomuus voidaan katsoa sairauksien aiheuttajiksi. Työmuistia tehostava kognitiivinen harjoittelu on varteenotettava lisä hoidettaessa sairauksia, joissa on alentunut tietoisuus. Skitsofreniassa kognitiivisten kykyjen ja päivittäisessä elämässä selviytymisen on todettu parantuneen kognitiivisella harjoittelulla.

Ilahduttavasti Bor käsittelee kirjan viimeisillä sivuilla meditaatiota ja sen hyötyjä. Meditaatiossa yritetään olla mahdollisimman tietoisia mahdollisimman vähästä joko huomioimalla mieleen liittyviä ajatuksia, ideoita ja tosiasioita tai passiivisesti imeytymällä kokemuksiin ilman ajatuksia. Meditaation etuina hän mainitsee stressin vähentymisen, työmuistin laajenemisen, keskittymiskyvyn paranemisen ja kohentuneen kyvyn hallita ristiriitaisia yllykkeitä. Rakenteellisesti mantelitumake pienenee ja otsalohkojen etuosan kuorikerros paksuuntuu meditaation seurauksena.

Tunnesielu on tietoinen

Yritys yhdistää tietoisuus ja oppiminen teoreettisesta, kognitiotieteellisestä, neurobiologisesta, evolutiivisesta sekä yksilönkehityksellisestä näkökulmasta käsin, ja esitellä tutkimushistoriaa, on todella jättiläismäinen ja uskalias yritys. Kuitenkin Ginsburg ja Jablonka ovat hankkeeseen ryhtyneet. Työ on vaatinut kirjoittajilta paljon mutta lukija tai kirjan arvioijakaan ei pääse helpolla. Kirjan teksti on vahvasti teoreettinen, argumentoiva ja keskusteleva. Jotta esitykseni olisi ymmärrettävä, täytyy olettaa monien käsitteiden ja niillä operoinnin olevan lukijalle jossakin määrin tuttuja. Sumeiden ja sekavien kohtien selventämisessä on suositeltavaa tutustua itse kirjaan ja esimerkiksi Wikipediaan.

Biologisen elämän perusyksikkö on solu, jonka muodostumisen vähimmäisedellytyksiä ovat solukalvon ympäröimä autokatalyyttinen metaboliakiertojärjestelmä, itsestään monistava informaatiota kuljettava systeemi ja kalvoa muodostava systeemi. Maapallolla tällaista elämän minimivaatimukset täyttävää elämää on ilmeisesti ollut ainakin noin 3,465 miljardia vuotta (3). Elämän monipuolistumiselle välttämätön edellytys on informaatiota säilyttävä ja siirtävä RNA- ja DNA-rihma, jonka neljä emästä voivat koodata käytännössä rajattoman määrän informaatiota. Emäsolun informaatio suvullisen lisääntymisprosessin ansiosta on muuttunut jälkeläisissä. Uusi informaatio muodostaa muuntuneen toiminnallisen ja/tai rakenteellisen solun tai monisoluisen eliön. Kambrikaudella 542 - 490 miljoonaa vuotta sitten muodostui evolutiivisesti katsoen nopeasti uusia eliölajeja, joista monet katosivat nopeasti. Tätä tapahtumakulkua kutsutaan eliökunnan räjähdykseksi. Eliöt kasvoivat kooltaan, kehittyi yhä monipuolisempia aistielimiä, lihaksistojärjestelmä monipuolistui sekä muodostui moninaisia suojautumisrakenteita ja saalistusvarustuksia; kilpavarustelu elossa säilymisen ja lisääntymisen puolesta muodostui ajan hengeksi. Kilpavarustelun huipputeknologiaa edusti hermosto, joka kehityksensä jossakin pisteessä mahdollisti käytännössä rajattoman informaation käsittelyn. Ei ole selkeää käsitystä hermoston kehityksen monista yksityiskohdista kuten kehittyikö se vain kerran vai itsenäisesti mahdollisesti useissa eläinlajeissa. Oleellista on, että hermosto voi koodata ja järjestää ympäristön ja oman kehon hermoimpulssi-informaation hermostolliseksi vastaavuudeksi, painaa tämä vastaavuus muistiin, säilyttää muisti ja muodostaa polku muistin palauttamiseksi. Hermoston tulee kyetä vertaamaan hetkellä t saapuva informaatio muistissa olevaan informaatioon, jotta eliö voisi arvioida hetken t informaation arvoa. Jos saapuva informaatio tulkkautuu vihreäksi banaaniksi, se on uutinen, sillä sitä ei voi syödä. Suurempi uutinen on sininen banaani, sillä sellaista ei pitäisi luonnossa olla. Hermoston tulee kyetä järjestämään liikesarja banaanin saamiseksi suuhun, pureskeluun ja nielemiseen siinä tapauksessa, että eliö on nälkäinen. Jos banaani putoaakin maahan, tulee järjestää uusi liikesarja tilanteen korjaamiseksi. Hermoston tulee kyetä oppimaan aiemmista tapahtumista, vahvistaa toivottua tapaa toimia ja sulkea pois hyödyttömät tai haitalliset tavat. Hermoston on pystyttävä vastaamaan ympäristön ja kehon haasteisiin sekä reaktiivisesti että ennakoivasti mahdollisimman monipuolisesti rajattomalla informaation yhdistämisellä.

Ginsburg ja Jablonka olettavat, että kambrikaudella kehittyi toimivia, päämäärätietoisia eliöitä, jotka täyttivät vähimmäisedellytykset rajattomalle yhdistävälle oppimiselle (RYO). Miksi RYO on oleellista? Yksi syy on se, että tällainen oppiminen mahdollistaa eliön olemisen toimijana, eliö on ”itse”. Se on yhdistyneessä, johdonmukaisessa, kokonaisvaltaisessa tilassa. Toinen syy on se, että RYO mahdollistaa omakohtaisen kokemisen. ROY-malli jatkuvasti päivittyvine (online) hermostollisine kokoonpanotapahtumineen (erillisen päivitettyjen mallien varaston eli muistin tukemana) on sama kuin tietoisuus, kirjoittajien määritelmän mukaan. RYO voi määritelmänsä mukaan muodostaa rajattomasti yhdistelmiä havainnoista ja toimintamalleista ja on ilmentymismuodossaan yhtä oleellinen kuin biologisen elämän, solun, rajattomia muunnelmia muodostava informaatiojärjestelmä. Biologisessa elämässä mahdollistava rakenne on RNA tai DNA, RYO-mallin sisältämän tietoisuuden mahdollistava konkreettinen väline on hermosto.

Emme pääse tutkimaan kambrikauden hermosoluja tai hermostoa kokonaisuudessaan.  Kuitenkin oppimisen perustana olevat hermosolujen molekulaariset prosessit ja niitä säätelevät geenit ja geenien toiminnan säätelijät ovat hyvin säilyneet merietanasta nisäkkääseen saakka (s.312). Säilyneitä reseptoreita ovat mm. AMPA ja NMDA, säilynyt prosessi on mm. cAMP-tie ja säilynyt transkriptionaalinen aktivaatiokaskadi CREB geenissä. Ginsburgin ja Jablonkan mukaan nykyisistä eliöistä tiedetään selkärankaisten, hyönteisten ja mustekalojen ilmentävän rajatonta yhdistävää oppimista.

Monta lukijaa askarruttaa käytetty tietoisuuden määritelmä. Ginsburgin ja Jablonkan käyttämä määritelmä vastaa Aristoteleen tunnesielua tai teosofis-ruusuristiläistä tunnekehoa. Tällainen tietoisuus ei edellytä raportoitavuutta eli kykyä kertoa mitä yksilö kokee, eikä pohdiskelua. Jotkut tutkijat pitävät tietoisuutena vain ilmoitettavissa olevaa, saavutettavissa olevaa tietoisuutta (access consciousness). Ginsburg ja Jablonka painottavat, että ilmenevä subjektiivinen kokeminen ei ehkä aina ole helposti ilmoitettavissa olevaa eikä tarvitse olla suunnattuun huomioon liittyvää, koska mikä tahansa tietty havaitseminen tai tunne on yhdistynyt yleiseen epätarkkaan tunteeseen, joka on osa jokaista subjektiivisen kokemisen tyyppiä. Ilmenevän tietoisuuden ja tarkkaavaisuuden yhteys on visainen kysymys ja Ginsburg ja Jablonka antavat viitteen (4) tarkempaan perehtymiseen.

RYO: mahdollistava hermosto

Jotta voisi ymmärtää biologiaan nivoutuvaa tietoisuutta, tulee huomata, että hermosolut ja aivot kokonaisuutena ovat jatkuvasti toiminnassa, myös unen aikana. Ei ole pysähtynyttä tilaa. Tajunnantila muovautuu ja muuttuu tauotta, vaikka omakohtaisesti voisimme kokea pysyvän, pysähtyneen tilan. Meditaation harjoittaja voi vakuuttaa kuinka vaikeaa on mielen tilan pysäyttäminen. Hermosolun molekyylibiologinen koneisto toimii 24/7-periaatteella. Solun sähköjännite vaihtelee ja vaikuttaa joko suoraan sähköisen tai molekyylivälitteisen synapsin kautta toisiin hermosoluihin tai gliasoluihin. Gliasolut vaikuttavat puolestaan hermosoluihin. Uusia synapseja syntyy ja vanhoja häviää. DNA:ta metyloidaan ja demetyloidaan, histonia asetyloidaan ja deasetyloidaan eli epigeneettisesti merkataan ja poistetaan merkkejä. Hermosto on alin omaan muuttuvassa tilassa, jonka määräävät lukuisten tekijöiden yhteisvaikutukset. Tällaisia tekijöitä ovat mm. hormonit, glukoosi, happi, hiilidioksidi, intensiivisen aktiivisuuden kesto, valaistus ja lämpö. Kehittynyt hermosto voi muodostaa lajittelevan aistimuksellisen tilan(categorizing sensory state), jota käsitellään tuonnempana. Hermosolun itsestään tapahtuva toiminta ja vaikutukset toisiin hermosoluihin eivät kuljeta informaatiota vaikka lajinkehityksellisesti määräytyneet aivojen radat ja silmukat ovat pääväyliä hermoimpulssien kululle. Oppimisen myötä jotkin silmukat tulevat toimiviksi herkemmin kuin toiset ja vakiintuvat ynnä estävät muut mahdolliset yhteydet. Tällöin toiminta muodostaa informaatiota, joka on erotettavissa itsesyntyisen toiminnan ”taustakohinasta”. Oppimisen, nimenomaisesti lyhytaikaisen ja pitkäaikaisen muistin muodostumisen, molekulaaristen ja solutason mekanismien selvittely on katsottu syystä Nobel-palkinnon (Kandel vuonna 2000) arvoiseksi saavutukseksi. Lyhytaikainen muisti (sensitization) muodostuu, kun serotoniini edesauttaa glutamaatin eritystä presynaprisen hermon päätteestä synapsiin. Glutamaatti sitoutuu postsynaptisen hermon reseptoriin ja aiheuttaa solukalvon sähköjännitteen muutoksen. Lopputuloksena jännitemuutos, hermoimpulssi, informaation mahdollistava perusyksikkö siirtyy eteenpäin. Pitkäaikaiseen muistiin painamisessa, kuten ehdollistamisessa, serotoniini aiheuttaa hermosolussa nopean biokemiallisten tapahtumien sarjan, jossa geenit aktivoituvat ja lukkiutuvat aikaansaaden proteiinisynteesin. Pitkäaikaisen muistin muodostuminen voi sisältää tapahtumasarjan seurauksena uusien synapsien synnyn.

Synapseihin perustuvan hermoverkko- ja hermosilmukkamuistin lisäksi on löydetty solumuisti, jota säätelevät epigeneettiset mekanismit (ss. 314 – 321). Näitä ovat: 1. itseään ylläpitävät silmukat, joissa esimerkiksi geenin tuotteet säätelevät positiivisesti geeniä. Hermoissa esiintyvä pitkäaikaisessa vahvistumisessa tärkeä CaMKII:n autoaktivaatio on esimerkki itseään ylläpitävästä silmukasta, 2. rakenteelliset mallit, jotka välittyvät eksosomeissa, 3. kromatiinin merkitseminen kuten DNA:n metylaatio tai histonin asetylaatio ja 4. RNA-välitteiset epigeneettiset systeemit. Epigeneettisten mekanismien tutkimus edustaa tämänhetkistä ”kuumaa” tutkimusaluetta.

Selkärankaisten aivorakenteet voivat ilmentää RYO:a, samoin kuin hyönteisten ja mustekalojen. Hyönteisillä on aivokeskuksia, jotka toimivat ja ovat vuorovaikutuksissa vastaavilla tavoilla kuin selkärankaisilla. Mustekaloilla on hippokampusta vastaavia monimutkaisia hermorakenteita.

RYO

Räjähdysmäisesti kasvava tutkittu tieto hermoston biokemiallisesta ja fysikaalisesta toiminnasta sekä informaation käsittelystä antaa raaka-ainetta niin yleisten kuin rajatumpienkin testattavissa olevien aivojen toimintamallien muodostamiselle. Malli on kehys, jonka mukaan voidaan suunnitella tutkimuksia ja arvioida kuinka tulokset sopivat malliin vai tarvitseeko mallia muuttaa. Tutkittuun tietoon (mm. käyttäytymistieteelliseen tietoon) perustuva RYO-malli on hyvin dynaaminen ja laaja-alainen ja sen esittely vaatisi huomattavasti perusteellisemman auki punomisen kuin tässä lyhyessä esityksessä on mahdollista. Mallin toiminnan syvällisemmäksi ymmärtämiseksi suositellaan tutustumista itse kirjaan. Kiinnitän huomiota mallin joihinkin peruskäsitteisiin, jotka ovat keskeisiä toiminnan ymmärtämiseksi.

Ginsburgin ja Jablonkan RYO-malli vaatii (s. 360): 1. porrasteisen prosessoinnin, joka mahdollistaa yhdistetyn havainnon ja yhdistetyn toiminnan, 2. havainto- ja toimintamallien yhdistämistä, 3. yhdistettyjen havaintojen muistin ja 4. joustavan ja laaja-alaisen vahvistamissysteemin. Minimissään mallissa on oltava kolme tasoa: 1. ensisijaisen aistivan yksikön ja ensisijaisen liikeyksikön hermostollinen taso, 2. integroivan liikeyksikön, integroivan aistimusyksikön ja laaja-alaisen vahvistusyksikön taso. Vahvistusyksikkö mahdollistaa minkä tahansa yhdistyneen havainnon tai toimintajärjestyksen vahvistamisen ja 3. integroivan muistiyksikön ja integroivan yhdistävän yksikön taso. Yhdistävä yksikkö kokoaa monet integroivan aistimus- ja liikeyksikön tiedot, lähettää ennusteet alemmille tasoille ja vastaanottaa päivittyvät ennustevirheet niiltä. Nämä korkeammat yksiköt kontrolloivat, rajoittavat ja muovaavat toisen tason integroivien yksikköjen aktiivisuutta. Eliöillä on todellisuudessa useita toisen tason alatasoja. Malli ei kuvaa välttämättä anatomisia rakenteita vaan esimerkiksi useat toiminnot voivat käyttää osin tai kokonaan samoja hermoanatomisia rakenteita.

Kädellisten näköjärjestelmän porrasteinen prosessointi kohteiden piirteiden suhteen on selvitetty aivoaluetasolla varsin hyvin (ss. 357 – 359) ja on siten hyvä esimerkki RYO-mallin soveltamisesta. Silmän fotoreseptoreiden aikaansaama sähköimpulssi kulkeutuu thalamuksen LGN:en (lateral geniculate nucleus), josta eteenpäin hermoimpulssit yhdistyvät muodostaen edustuksia (karttoja). LGN:n hermoimpulssiyhdistelmät kulkeutuvat aivojen ensisijaiselle näkökuorelle (V1) muodostaen silmän verkkokalvon paikallisen kartan. V1:n hermosolut voivat havaita pienen eron visuaalisen suunnan, hermojen edustuksellisen kartan vierekkäisten kohtien valointensiteetin voimakkuuden (spatial frequency) sekä värin suhteen. V1 yhdistää ja kartoittaa impulssit uudelleen ja lähettää toissijaiselle näkökuorelle V2, joka on visuaalisen yhdistelyalueen ensimmäinen osa. V2 lähettää impulssit V3:lle, V4:lle ja V5:lle sekä palautteen V1:lle. V1 vastaanottaa ylempää tulevat ennusteet uusille sensorisille impulsseille, jotka ovat seurausta yksilön omasta toiminnasta (5). V4 on virittynyt suunnalle, hermojen edustuksellisen kartan vierekkäisten kohtien valointensiteetin voimakkuuden erolle, värille ja yksinkertaisille muodoille. Tarkkaavaisuus vaikuttaa voimakkaasti V4:n toimintaan. Alaohimolohkon (AO) aivokuoren katsotaan olevan viimeinen pysäkki kasvoja päin menevässä toimintaketjussa. Se on yhteydessä monimutkaisten kohteiden kuten talojen ja kasvojen edustukseen, muistiin ja muistista palauttamiseen. AO ottaa vastaan impulssit V2:sta ja V4:stä ja lähettää palautteet niille. AO on yhteydessä mantelitumakkeeseen ja voi täten yhdistää kohteeseen tunnevärityksen, jos tällainen yhteys on vakiinnutettu aiemmin. Mantelitumakkeen sisäiset hermosilmukat (6) ja mantelitumakkeen yhteydet nucleus accumbrensiin (7) puolestaan koodaavat tunnearvoja. Lopulta signaalit kulkeutuvat kasvohermon välityksellä kasvolihaksiin, jolloin ympäristön eliöt voivat päätellä mitä henkilö tunsi. Yhteydet otsalohkojen etuosaan takaavat kyvyn liittää kohde osaksi korkeampia abstrakteja toimintoja. Yhteydet tyvitumakkeeseen puolestaan varmistavat objektin yhdistämisen liiketoimintoihin suunniteltaessa vaikkapa rakkaiden kasvojen hyväilyä.

Motiivit, arvot ja tunnearvot

Ympäröivän maailman kohteet, tapahtumat ja tilat samoin kuin oman kehon tilat toimiva eläin kokee arvoina (value) tai tunnearvoina (valence). Tunnearvo on motivoiva ja oppimiselle keskeinen. Yksilön motivaatioita ohjaavat kaksi erillistä mutta toisiinsa kytköksissä olevaa aivokuoren alaista ja tiedostamatonta prosessia: haluaminen (wanting) ja pitäminen (liking) (8). Haluamissysteemi voi vahvistua ja johtaa toistuvaan, pitkäkestoiseen toimintaan oppimisen seurauksena, vaikka toiminnasta saatu mielihyväntunne (liking) ei lisääntyisi vaan päinvastoin vähenisi. Dopamiini on tärkeä välittäjäaine haluamissysteemissä mutta sillä on osansa myös pitämissysteemissä. Endorfiinit näyttelevät merkittävää osaa pitämissysteemissä. Ennustevirheen suuruus säätelee myös vastenmielisiin asioihin liittyvää (aversive) oppimista.

Tunnearvon hermostollisia vastineita on tutkittu viime vuosina runsaasti menetelmillä, joilla päästään solutasolle. Esimerkiksi sopii Zhangin ja Lin tutkimus (9). Tunnearvon koodautumisessa mantelitumakkeeseen assosiatiivisen oppimisen yhteydessä ilmenee ärsykkeen inhibitorisia vasteita ja ärsykevasteiden muovautuvuutta yksittäisissä hermoissa. Kun oppimisessa positiivisen arvon ärsyke muutettiin tarkoittamaan negatiivista arvoa, mantelitumakkeen hermojoukkojen ärsykevaste muuttui vastaamaan vastakkaista arvoa ja ennusti arvolle spesifiä käyttäytymistä.

Kategorisoivat sensoriset tilat

Taukoamattomasti aktiivinen hermosto mahdollistaa yksilön yleiset mutta spesifiset edustukselliset sensoriset tilat, joita Ginsburg ja Jablonka nimittävät lajitteleviksi aistimuksellisiksi tiloiksi (kategorisoiviksi sensorisiksi tiloiksi, KST). Ne ovat hyvin dynaamisia ja ne ovat rakentuneet lisääntymisen ja itsesäilytyksen perusfysiologialle, kuten ruoan hankkimiselle ja homeostaasille. Lajikehitys ja yksilön kehityksen aikainen oppiminen monipuolistavat niitä. Näistä kategorisoivista sensorisista tiloista tulee keskeisiä organisoivia syitä ja navigaattoreita yksilön päämäärään suuntautuneissa toiminnoissa. Ne ovat siis osia teleologisesta systeemistä eläintä varten. Ne ovat emootioita ja motiiveita yksilölle. Kategoriset sensoriset tilat ovat motivoijan lisäksi arvioijia koska ne ilmaisevat eron nykyisen tilan ja toivotun tilan välillä. Ginsburg ja Jablonkan mukaan kaikki tietoiset, subjektiivisesti koetut tilat ovat sensorisia, kaikki sisältävät liike-aistimus-liike-silmukat, kaikki sisältävät yhdistettyjen mallien muistin ja kaikki ovat arvotettuja/stabiloituja. Evolutiivisesti RYO ja sen mahdollistamat hermostorakenteet johtivat KST:hin, mutta yksilönkehityksellisesti heti syntymän jälkeen KST on jo olemassa RYO:n mahdollistaman systeemin kautta. Vastasyntynyt siis tuntee, mutta oppii vasta ajan kanssa.

Ennustevirhe

Yksilölle on tärkeää reagoida vain oleellisiin, vahvistettuihin stimuluksiin ja samalla jättää huomiotta muut (s. 352). Tämä asianmukainen reagointi perustuu oppimiseen. Oppimistapahtumassa puolestaan ennustevirhe on oleellinen assosiaatioiden synnylle (s. 354). Ennustevirhe on ero todellisen ja ennustetun palkinnon ja rangaistuksen välillä. Mitä suurempi ennustevirhe, sitä paremmin oppiminen onnistuu. Liikkuva eläin säilyttää hermostossa kopion toimintasuunnitelmastaan ja sen tuloksesta, jota se vertaa tulevaan aktuaaliseen toiminnan tulokseen. Täten eläin päivittämällä, käyttämällä joko aktuaalista tai ennustettua ennustevirhettä, muokkaa käyttäytymistään asianmukaisen reagoimisen suuntaan.

Rajaton symbolointi

Kirjan viimeisessä kappaleessa käsitellään mielemme ominaisuuksia, jotka koemme henkisiksi ja jotka Aristoteles katsoo kuuluvan järkisieluun. Kyse on symboleihin perustuvasta ajattelevasta toiminnasta. Bor käsittää tietoisuudella tätä kokemistapaa. Sen evolutiivinen rajapyykki on rajoittamattoman symbolisoinnin kehittyminen. Rajaton symbolointi vie informaation käsittelyn uudelle tasolle, jossa informaatiota voidaan yhdistellä käytännössä äärettömästi kuten perinnöllisyydessä ja yllä kuvatussa rajattomassa yhdistävässä oppimisessa. Kirjoittajat panevat erityistä painoa ihmisen mielikuvituskykyyn, joka tuottaa julkisesti jaettavaa, hiottua edustuksellisuutta, toisia toistensa edustuksellisuuden päälle. Tämä meta-metaedustuksellisuus ilmentyy vakuuttavimmin ihmiskielissä. Symbolointi mahdollistaa abstraktit arvot, käsitteet, rajattoman kulttuurisen variaation, rajaamattoman historian, kumulatiivisen kulttuurievoluution, uusien ympäristölokeroiden hyödyntämisen ja uusien evoluution valintakohteiden luomisen.

Mieli-keho-ongelma

Kuinka sitten ratkaistaan laatukuilu (qualia gap) subjektiivisen kokemisen ja fyysisen kehon välillä? Kuinka kehon solujen ja eritoten aivojen toiminta voi synnyttää subjektiivisen tietoisuuden? Ginsburg ja Jablonka katsovat, että ongelma tulee häivyttää (dissolve), ei ratkaista (resolve). Jos olen ymmärtänyt heitä oikein, ns. ”kovaa ongelmaa” ei ole olemassa. Ongelmassa on kyse tutkitun tiedon puutteellisuudesta ja siitä johtuvasta käsitteellisen tiedon luomisen vaikeudesta johtuva käsitteellinen sekaannus. Heidän johtopäätöksensä on itsestään selvä, sillä oletukset määräävät mihin ilmiöluokkaan johtopäätökset kuuluvat.

Dualismi ja naturalismi

Subjektiivinen kokeminen on lukuisilla tutkituilla tavoilla tiiviisti yhteydessä biokemiallisiin ja biofysiologisiin prosesseihin. On vaikea kuvitella, kuinka erillinen henki voisi kokea spesifin olotilan ja samalla aiheuttaa tutkimuksissa mitattuja muutoksia hermostossa. Yllä kuvattu näkökentän vasenta puolta edustavan aivoalueen menettämisen seurauksena syntynyt vasemman puolen näkökentän kuvittelemisen kyvyn menettäminen puoltaa naturalistisen näkökulman kannattajan mukaan sitä käsitystä, että aivot ovat mielikuvan luomisen edellytys. Dualisti voi vastaavasti väittää, että kyseisessä tapauksessa tietoisuus vasemman puoleisesta näkökentästä on olemassa sielussa tai hengessä, mutta kyseinen fyysinen puute estää tietoisuuden ilmennystä fyysisessä päivätajunnassa. Joidenkuiden duolistien mukaan harjaantumattomalla ihmisellä ei ole kykyä yliaistiseen kokonaisvaltaiseen havaitsemiseen, vaan hän on riippuvainen fyysisistä aivoista. Edistynyt ”tietäjä” sen sijaan pystyy tietoiseen havaintoon ja kuvitteluun fyysisistä aivoista riippumatta.

Tietoisuutta voidaan muuttaa tai se voidaan palautuvasti poistaa vaikuttamalla monin eri tavoin biokemiallisiin ja/tai biofyysisiin prosesseihin. Ulkoisten fysikaalisten, biologisten ja biokemiallisten tekijöiden tai kemiallisten aineiden vaikutus tietoisuuteen ei tietenkään sulje pois sitä mahdollisuutta, että lisäksi on olemassa erillinen henki, joka toimii omien lakiensa mukaan. Esittelemäni kirjat edustavat naturalistista lähestymistapaa mieli-keho-ongelmaan ja johtopäätökset ovat sen mukaiset. Asiaa voidaan lähestyä myös muista tarkastelukulmista käsin, kuten lähellä kuolemaa kokemuksista, mutta niihin ei tarkemmin paneuduta käsillä olevassa esityksessä, vaan siihen tarvitaan omaa, erillistä ruodintaa.

Referenssit

Bor Daniel. The Ravenous Brain. How the New Science of Consciousness Explains Our Insatiable Search for Meaning. Basic Books, 2012. ISBN 978-0-465-02047-8.

Ginsburg Simona and Jablonka Eva. The Evolution of the Sensitive Soul. Learning and the Origins of Consciousness. Cambridge, MA : MIT Press, 2019. ISBN 9780262039307.

1. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/20621588. Rode G, Cotton F, Revol P, Jacquin-Courtois S, Rossetti Y, Bartolomeo P. Representation and disconnection in imaginal neglect. Neuropsychologia. 2010 Aug;48(10):2903-11. doi: 10.1016/j.neuropsychologia.2010.05.032. Epub 2010 Jun 4.

2. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/31040386. Palacios ER, Isomura T, Parr T, Friston K. The emergence of synchrony in networks of mutually inferring neurons. Sci Rep. 2019 Apr 30;9(1):6412. doi: 10.1038/s41598-019-42821-7.

3. https://www.pnas.org/content/115/1/53. William Schopf, Kouki Kitajima, Michael J. Spicuzza, Anatoliy B. Kudryavtsev, and John W. Valley. SIMS analyses of the oldest known assemblage of microfossils document their taxon-correlated carbon isotope compositions. PNAS January 2, 2018 115 (1) 53-58; first published December 18, 2017.

4. http://www.scholarpedia.org/article/Attention_and_consciousness.

5. https://www.nature.com/articles/s41598-017-16093-y. Grace Edwards, Petra Vetter, Fiona McGruer, Lucy S. Petro, Lars Muckli. Predictive feedback to V1 dynamically updates with sensory input. Scientific Reports volume 7, Article number: 16538 (2017).

6. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC4565157/. Patricia H. Janak and Kay M. Tye: From circuits to behaviour in the amygdale. Nature. 2015 Jan 15; 517(7534): 284–292. doi: 10.1038/nature14188.

7. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC4418228/. Praneeth Namburi, Anna Beyeler, Suzuko Yorozu, Gwendolyn G. Calhoon, Sarah A. Halbert, Romy Wichmann, Stephanie S. Holden, Kim L. Mertens, Melodi Anahtar, Ada C. Felix-Ortiz, Ian R. Wickersham, Jesse M. Gray, and Kay M. Tye. A Circuit Mechanism for Differentiating Positive and Negative Associations. Nature. 2015 Apr 30; 520(7549): 675–678. doi: 10.1038/nature14366.

8. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/26407959. Robinson MJ, Fischer AM, Ahuja A, Lesser EN, Maniates H. Roles of "Wanting" and "Liking" in Motivating Behavior: Gambling, Food, and Drug Addictions. Curr Top Behav Neurosci. 2016;27:105-36. doi: 10.1007/7854_2015_387.

9. https://www.nature.com/articles/s41467-018-07679-9. Xian Zhang, Bo Li. Population coding of valence in the basolateral amygdale. Nature Communications volume 9, Article number: 5195 (2018).