[Polish] Duch W. - Fizyka Umyslu.pdf - - Różne - - Selia

MATERIAŁY XXXVI ZJAZDU FIZYKÓW POLSKICH – TORU 2001 – WYKŁADY PLENARNE

Fizyka umysłu

Włodzisław Duch

Katedra Informatyki Stosowanej, Uniwersytet Mikołaja Kopernika, Toru«

1. Wst¦p

strony i rozszerzalnym do poj¦¢ psychologicznych

z drugiej.

Wielkim wyzwaniem dla ﬁzyki jest stworzenie

takiego modelu ±wiata, który da si¦ zrozumie¢.

Istotn¡ cz¦±ci¡ tego ±wiata s¡ nasze umysły. Ich

natura staje si¦ coraz bardziej zrozumiała dzi¦ki

post¦pom neuronauk (ang. neurosciences), czyli

ró»nych gał¦zi nauki badaj¡cych budow¦ i aktyw-

no±¢ neuronów mózgu. Fizyka jest oczywi±cie pod-

staw¡ wi¦kszo±ci metod bada« do±wiadczalnych,

w tym metod obrazowania aktywno±ci mózgu, ale

tu skupi¦ si¦ tylko nad zagadnieniami teoretycz-

nymi.

Mózg ludzki jest najbardziej skomplikowa-

nym obiektem w znanym Wszech±wiecie, a umysł

– obiektem najbardziej tajemniczym. Przez

„umysł” rozumiemy zespół zdolno±ci umo»liwia-

j¡cych powstanie subiektywnego obrazu ±wiata

dzi¦ki procesom poznawczym i aktywnej eksplo-

racji. Specyﬁczn¡ własno±ci¡ umysłu jest ±wia-

domo±¢, zdolno±¢ do „zdawania sobie sprawy”

z własnych procesów poznawczych. Czy ﬁzyka

wystarczy, by zrozumie¢ działanie mózgu i umy-

słu? Nie jest to przekonanie w±ród ﬁzyków po-

wszechne [1]. Podobne w¡tpliwo±ci na pocz¡tku

XX w. dotyczyły natury »ycia [2]. Zjawiska men-

talne i procesy zachodz¡ce w mózgu maj¡ całkiem

odmienn¡ natur¦. Jak nale»y rozumie¢ relacje po-

mi¦dzy mózgiem a umysłem, jak je bada¢? Po-

dobnie jak nawet doskonała teoria cz¡stek elemen-

tarnych nie wystarczy do zrozumienia aktywno±ci

biologicznej białek, tak i badania mózgu na po-

ziomie molekularnym lub komórkowym niewiele

wnios¡ do zrozumienia umysłu.

Procesy mentalne s¡ wynikiem neurodyna-

miki na poziomie globalnej aktywno±ci bioelek-

trycznej mózgu [3]. Takie uj¦cie otwiera drog¦ do

tworzenia modeli operuj¡cych j¦zykiem reduko-

walnym do zjawisk neuroﬁzjologicznych z jednej

2. Relacja umysł–mózg

Neuropsychologia [4] bada zwi¡zki mi¦dzy za-

burzeniami funkcji psychicznych a uszkodzeniami

ró»nych obszarów mózgu i ich poł¡cze«. Zwi¡zki

te mo»na cz¦sto rozumie¢ jako specyﬁczne zabu-

rzenia przetwarzania informacji, prowadz¡ce do

zaskakuj¡cych zmian w sposobie działania umysłu

(np. dysocjacji pomi¦dzy rozpoznawaniem afek-

tywnym i kognitywnym). Modele neuronowe cho-

rób psychicznych i syndromów neuropsychologicz-

nych pozwalaj¡ zrozumie¢ (przynajmniej jako-

±ciowo) przyczyny patologii i normalnego funk-

cjonowania mózgu [5]. Mamy obecnie bardzo bo-

gaty materiał do±wiadczalny, wymagaj¡cy teore-

tycznego uporz¡dkowania.

Mózg jest substratem, w którym zachodz¡

procesy konieczne do powstawania procesów men-

talnych. Potrzeby organizmu i jego mo»liwo±ci po-

znawcze, znajduj¡ce odbicie w strukturze mózgu,

stwarzaj¡ ramy dla powstania subiektywnego ob-

razu ±wiata. Struktura umysłu jest rezultatem

niepowtarzalnej historii jednostki. Procesy neu-

roﬁzjologiczne odpowiedzialne za zdarzenia men-

talne maj¡ racj¦ bytu tylko ze wzgl¦du na istnie-

nie umysłu i maj¡ sens tylko na poziomie umy-

słu. Dlatego nie mo»na w pełni wyja±ni¢ stanów

umysłu, sprowadzaj¡c je do stanów mózgu. Mo-

dele umysłu wymagaj¡ innego poziomu opisu ni»

modele mózgu.

Niezwykle zło»one oddziaływania ogromnej

liczby neuronów tworz¡ nowy, emergentny poziom

organizacji. Wewn¦trzn¡ dynamik¦ stanów mózgu

w przypadku swobodnym (bez bod¹ców zewn¦trz-

nych) mo»na scharakteryzowa¢ za pomoc¡ praw-

dopodobie«stw przej±¢ mi¦dzy stanami neurody-

POSTPY FIZYKI

TOM DODATKOWY 53D

ROK 2002

MATERIAŁY XXXVI ZJAZDU FIZYKÓW POLSKICH – TORU 2001 – WYKŁADY PLENARNE

namiki opisuj¡cej pobudzenia grup neuronów [5].

Takie stany nie wykazuj¡ podobie«stwa do sta-

nów umysłu, składaj¡cych si¦ ze wspomnie«, epi-

zodów, my±li, wyobra»e«. Elementy te b¦d¦ nazy-

wał „obiektami umysłu”. Relacje mi¦dzy stanami

mentalnymi powinny mie¢ analogiczn¡ struktur¦

do tej, jaka istnieje mi¦dzy stanami mózgu.

Umysł rozumiany jako zbiór stanów, re-

lacji mi¦dzy tymi stanami i funkcji poznaw-

czych, pozwalaj¡cych na tworzenie nowych sta-

nów, jest czym± abstrakcyjnym i niematerialnym.

Budowa mózgu ogranicza mo»liwe abstrakcyjne

stany umysłu do takich, które mo»na ﬁzycznie

zrealizowa¢. Najprostszy statyczny model umysłu

ma posta¢ grafu (sieci powi¡za« przyczynowych

lub sieci Bayesa [6]), którego w¦zły reprezentuj¡

potencjalnie dost¦pne stany, a łuki – prawdopo-

dobie«stwa przej±¢ mi¦dzy nimi (rys. 1). Pełne

odtworzenie relacji zachodz¡cych pomi¦dzy sta-

nami ludzkiego umysłu wymaga znajomo±ci ludz-

kiego mózgu, ciała i historii rozwoju. Mo»emy

jedynie tworzy¢ proste modele, tłumacz¡ce nie-

które aspekty działania ludzkiego umysłu w do-

brze okre±lonych warunkach.

duraln¡, np. umiej¦tno±ci pływania czy jazdy na

rowerze. Nie mamy ±wiadomych wra»e« zwi¡za-

nych z umiej¦tno±ci¡ wi¡zania krawata czy sznu-

rowania butów (wra»enia zwi¡zane s¡ z epizodem,

ale nie z umiej¦tno±ci¡) i nie da si¦ takich umiej¦t-

no±ci nauczy¢, czytaj¡c werbalne opisy. Dlaczego

stan jawy zwi¡zany jest ze ±wiadomo±ci¡, a koma

lub stan snu gł¦bokiego – nie? Z tego rodzaju ba-

da« wyłania si¦ obraz procesu zwanego ±wiado-

mo±ci¡, pozwalaj¡cy na coraz bardziej precyzyjne

zdeﬁniowanie samego zjawiska.

Umysł jest zwi¡zany z t¡ cz¦±ci¡ zachodz¡-

cych w mózgu procesów, które mog¡ sta¢ si¦ ±wia-

dome. Wiele czynno±ci po ich doskonałym opa-

nowaniu przestaje wymaga¢ ±wiadomych decy-

zji – dotyczy to zarówno czynno±ci manualnych

jak i percepcji. Równie» pami¦¢ jest cz¦sto nie-

zale»na od naszej woli, gdy» pomimo wysiłków

nie mo»emy sobie czego± przypomnie¢, a poszuki-

wana informacja pojawia si¦ pó¹niej spontanicz-

nie. Działania nie±wiadome s¡ zło»one z automa-

tyzmów, le»¡cych u podstaw zachowania. Nie±wia-

dome działania mózgu aktywnie wpływaj¡ na po-

sta¢ wra»e« ±wiadomych, percepcji, pami¦ci i za-

chowania. Poj¦cie nie±wiadomo±ci przedstawione

w psychoanalizie Freuda jest całkiem odmienne.

Jego idee oparte były na bł¦dnych analogiach

hydraulicznych powstawania „ci±nienia psychicz-

nego”, które musiało znale¹¢ odpowiednie uj±cie.

3. Relacyjna teoria umysłu

Rys. 1. Sie¢ powi¡za« mi¦dzy ró»nymi poj¦ciami doty-

cz¡cymi umysłu. Istotne s¡ relacje, a nie sposób bezpo-

±redniej reprezentacji poj¦¢.

Kiedy poziom glukozy we krwi spada, zwierz¦

musi wiedzie¢, »e czas szuka¢ jedzenia. Stan krwi

monitorowany jest przed podwzgórze, składaj¡ce

si¦ z wielu wyspecjalizowanych, drobnych sku-

pisk neuronów. Sygnały wysyłane do kory przez

jego j¡dro boczne interpretowane s¡ jako uczu-

cie głodu. Interpretacj¡ zajmuje si¦ kora mózgu,

w tym przypadku kora zakr¦tu obr¦czy (rys. 2),

le»¡ca na powierzchni boczno-przy±rodkowej mó-

zgu [9]. Wynikiem specyﬁcznych uszkodze« wtór-

nej i trzeciorz¦dowej kory sensorycznej s¡ agno-

zje, czyli niezdolno±ci do rozpoznawania obiek-

tów na podstawie informacji zmysłowej. Uszko-

dzenie kory obr¦czy mo»e spowodowa¢ asymbo-

li¦ bólu, czyli niezdolno±¢ interpretacji sygnałów

bólu jako nieprzyjemnych, przy w pełni zachowa-

nej zdolno±ci do czucia i umiejscawiania tych sy-

gnałów. Uszkodzenie dolnej cz¦±ci zakr¦tu skro-

Dlaczego niektóre procesy mentalne s¡ zwi¡-

zane ze ± w i a d o m o ± c i ¡, a inne nie [7]? Pa-

mi¦¢ długotrwała ma charakter epizodów, zapa-

mi¦tanych prze»y¢, które mo»emy sobie u±wiado-

mi¢ jako zespół wra»e«. Konieczna jest do tego

aktywacja ±ladów pami¦ci i przeniesienie jej do pa-

mi¦ci roboczej [8]. Pami¦¢ semantyczna zwi¡zana

jest z hierarchizacj¡ poj¦¢ i relacjami gramatycz-

nymi, których u»ywamy, chocia» zwykle nie jeste-

±my ich ±wiadomi. Podobnie jest z pami¦ci¡ proce-

POSTPY FIZYKI

TOM DODATKOWY 53D

ROK 2002

MATERIAŁY XXXVI ZJAZDU FIZYKÓW POLSKICH – TORU 2001 – WYKŁADY PLENARNE

niowego mo»e spowodowa¢ prosopagnozj¦, czyli

niezdolno±¢ do rozpoznawania twarzy. Uszkodze-

nia obszaru ciemieniowego w cz¦±ci przy±rodkowej

prowadzi do astereognozji, czyli niezdolno±ci do

rozpoznawania przedmiotów za pomoc¡ dotyku.

w niej informacji do działania. To działanie nieko-

niecznie musi wyra»a¢ si¦ skurczami mi¦±ni, mo»e

to by¢ rozpocz¦cie planowania, umo»liwienie za-

pami¦tania lub przywołanie jakiego± skojarzenia

z pami¦ci. W ten sposób powstaje „strumie« ±wia-

domo±ci”, ci¡g niewypowiedzianych zda« (my±li),

obrazów, pobudze« emocjonalnych.

Czy s¡ jakie± cechy aktywno±ci mózgu, które

jednoznacznie koreluj¡ si¦ z subiektywnymi wra-

»eniami? W eksperymentach z rywalizacj¡ obu-

oczn¡ [10] małpa widzi ka»dym okiem inny obraz,

ale jest ±wiadoma przez kilka sekund tylko jednego

z nich, co sygnalizuje odpowiednim przyciskiem.

Aktywno±¢ 90% neuronów w obszarze dolnego

i górnego zakr¦tu skroniowego (IT, STS) jest sko-

relowana z postrze»eniem konkretnego obiektu.

Podobne wyniki otrzymano za pomoc¡ metod ma-

gnetoencefalograﬁcznych (MEG) u ludzi.

Aktywno±¢ neuronów nie tworzy wra»e«

wzrokowych, ale jest konieczna do eksploracji

wzrokowej ±wiata, interpretacji stanów układu

wzrokowego umo»liwiaj¡cej działanie [11]. Stru-

mie« ±wiadomo±ci jest ci¡giem interpretacji sta-

nów cz¦±ci pami¦ci roboczej, dokonywanych przez

s y s t e m i n t e r p r e t a c j i zwi¡zany z działa-

niem lewej półkuli i płatów czołowych [12]. Pa-

mi¦¢ robocza pozwala na rozpowszechnienie infor-

macji o bie»¡cej sytuacji organizmu do wszystkich

cz¦±ci mózgu, dzi¦ki czemu informacja ta mo»e zo-

sta¢ uzupełniona lub zmieniona w procesach ko-

jarzeniowych. Istotn¡ rol¦ w powstaniu systemu

interpretacji graj¡ neurony brzusznej cz¦±ci kory

przedruchowej, aktywne w czasie wykonywania

specyﬁcznych ruchów, np. łapania, podnoszenia

lub popychania r¦k¡. Te same neurony u małpy

uaktywniaj¡ si¦ równie» w czasie obserwacji in-

nej małpy lub eksperymentatora wykonuj¡cego te

same czynno±ci [13]. Podstaw¡ uczenia si¦ przez

imitacj¦, zdolno±ci do empatii i rozumienia innych

istot jest mo»liwo±¢ powstawania podobnych pro-

cesów zachodz¡cych w obu mózgach.

W r a » e n i a z m y s ł o w e s¡ wynikiem nie-

werbalnej interpretacji stanu pierwotnej i wtórnej

kory zmysłowej. Kiedy rozmawiamy w hała±liwym

miejscu, z szumu wybierane s¡ odpowiednie for-

manty dzi¦ki oczekiwaniom i najbardziej wiary-

godnej interpretacji wyników. E m o c j e s¡ wyni-

kiem interpretacji stanu o±rodków podkorowych,

jak ciało migdałowate w przypadku strachu, oraz

wpływu tych o±rodków na stany pami¦ci roboczej.

Rys. 2. Poziom glukozy monitorowany jest przez pod-

wzgórze; impulsy przez nie wysyłane docieraj¡ przez

przedni¡ cz¦±¢ wzgórza do kory zakr¦tu obr¦czy, gdzie

interpretowane s¡ jako uczucie głodu.

Uczucie pragnienia czy głodu, wra»enia zmy-

słowe, wyobra»enia, to rezultaty interpretacji do-

konywanej przez kor¦ mózgu [4]. Pami¦¢ po-

zwala odtworzy¢ stany, w których mózg si¦ po-

przednio znajdował, umo»liwiaj¡c dokonywanie

interpretacji dzi¦ki skojarzeniom i zdolno±ci roz-

ró»niania np. stanu „przyjemna czerwie« zacho-

dz¡cego sło«ca” i „czerwie« policyjnego lizaka”.

W odró»nieniu od stanu procesora komputera

stan dynamiczny mózgu dzi¦ki pami¦ci jest za-

wsze „ubrany” w skojarzenia. Je±li relacje mi¦dzy

obiektami umysłu pozostaj¡ podobne, wszyscy

kojarz¡ podobnie słowa pisane (analizowane przez

układ wzrokowy w korze potylicznej) z brzmie-

niem i sensem (analizowanym przez układ słu-

chowy w korze skroniowej) i wymow¡ zale»n¡ od

ruchu strun głosowych (kontrolowan¡ przez układ

ruchowy w korze czołowej).

Jedn¡ z podstawowych cech decyduj¡cych

o inteligencji jest zdolno±¢ przechowywania in-

formacji o bie»¡cej sytuacji w pami¦ci roboczej,

utrzymywania ich „w umy±le”. Bez pami¦ci robo-

czej [8] niemo»liwa byłaby wyobra¹nia, wykrocze-

nie poza bie»¡c¡ chwil¦ („teraz i tutaj”), a wi¦c

równie» i ±wiadomo±¢. wiadomo±¢ jest procesem

wyró»niaj¡cym pewne elementy pami¦ci roboczej,

pozwalaj¡cym na wykorzystanie znajduj¡cej si¦

POSTPY FIZYKI

TOM DODATKOWY 53D

ROK 2002

MATERIAŁY XXXVI ZJAZDU FIZYKÓW POLSKICH – TORU 2001 – WYKŁADY PLENARNE

Nie mo»na ich oddzieli¢ od procesów poznawczych

– pobudzenia emocjonalne ukierunkowuj¡ działa-

nie procesów poznawczych, pozwalaj¡c na doko-

nanie wyboru pomi¦dzy ró»nymi działaniami.

System interpretuj¡cy ma teori¦ „ ja”, pozwa-

laj¡ca mu odró»nia¢ procesy odnosz¡ce si¦ do wła-

snego organizmu oraz do własnej teorii/wiedzy

o ±wiecie [12]. Aktywno±¢ kory przedczołowej

umo»liwia podj¦cie działania, interpretowanego

jako wolny wybór dokonany przez „ ja”, p r o c e s

w o l i c j o n a l n y. Sam proces interpretacji trwa

ok. pół sekundy – pobudzenie kory motorycznej

widoczne jest o tyle wcze±niej w stosunku do mo-

mentu u±wiadomienia sobie, »e zamierzamy po-

ruszy¢ r¦k¡. Potkni¦cie na schodach prowadzi do

automatycznego działania, strach i u±wiadomie-

nie sobie niebezpiecze«stwa pojawia si¦ pó¹niej.

wiadomo±¢ nie jest czynnikiem sprawczym, po-

dejmuj¡cym decyzj¦, lecz jedynie wynikiem inter-

pretacji stanu mózgu. Wiele wyspecjalizowanych

procesów w mózgu zachodzi bez konieczno±ci ko-

mentowania skutków ich działania przez system

interpretacji, dlatego nie s¡ one u±wiadamiane.

chciał doprowadzi¢ do powstania oprogramowania

dla symulacji osobowo±ci i wizualizacji wielu pro-

cesów psychologicznych. Proponowano, by przy-

j¡¢ jego idee za centralny model nauk kogni-

tywnych [16], nie s¡ one jednak powszechnie

znane.

Roger Shepard usiłował znale¹¢ w ±wiecie

umysłu uniwersalne prawa, na wzór praw ﬁzycz-

nych [17]. Według niego „nie potrzeba nam wi¦-

cej danych lub bardziej szczegółowych danych,

lecz innego podej±cia do problemu”. W ﬁzyce

opis ruchu jest prosty dzi¦ki symetriom, pozwa-

laj¡cym zdeﬁniowa¢ niezmienniki ruchu w odpo-

wiednich przestrzeniach. W przestrzeniach eukli-

desowych mo»na zdeﬁniowa¢ transformacj¦ Gali-

leusza, w pseudoeuklidesowych (3 + 1) transfor-

macj¦ Lorentza, a w przestrzeniach Riemanna –

transformacje w układzie nieinercjalnym. Prawa

psychologiczne nale»y równie» formułowa¢ w od-

powiednich przestrzeniach. Jako przykład She-

pard [18] pokazuje dane psychoﬁzyczne dla zwie-

rz¡t i ludzi, dotycz¡ce uogólniania bod¹ców wi-

zualnych, słuchowych i smakowych. Dla N par

bod¹ców bada si¦ generalizacj¦ G , czyli prawdo-

podobie«stwo tego, »e zachowanie wyuczone dla

jednego z nich pojawi si¦ dla drugiego. Procedura

skalowania wielowymiarowego, stosowana cz¦sto

w psychometrii, przekształca te dane, porz¡dku-

j¡c je monotonicznie, tak by wzajemne relacje po-

dobie«stwa przedstawi¢ w postaci odległo±ci D

w jednym wymiarze. Dla dowolnego eksperymen-

tu tego typu otrzymujemy zale»no±¢ wykładnicz¡

G ( D ) = exp( − D ).

Sk¡pe informacje docieraj¡ce z siatkówki wy-

starczaj¡ do odtworzenia wra»enia ci¡głego ob-

razu poruszaj¡cego si¦ przedmiotu dzi¦ki interna-

lizacji własno±ci geometrycznych przestrzeni eu-

klidesowej. Obiekty nie znikaj¡ w przypadkowy

sposób, wi¦c mózg wykorzystuje „zasad¦ zacho-

wania obiektów”, tworz¡c wra»enie pozornego ru-

chu, np. wtedy, gdy dwa znajduj¡ce si¦ obok sie-

bie podobne obiekty naprzemiennie znikaj¡ i po-

jawiaj¡ si¦. Je±li obiekty u»ywane do wywołania

wra»enia ruchu pozornego maj¡ ró»n¡ orientacj¦,

to postrzegany ruch zachodzi zwykle wokół osi sy-

metrii danego obiektu.

Intuicyjna ﬁzyka ruchu wyobra»anych obiek-

tów opiera si¦ bardziej na geometrii kinematycz-

nej (jest to gał¡¹ matematyki zajmuj¡ca si¦ opi-

sem ruchu obiektów geometrycznych) ni» na dy-

4. Od mózgu do umysłu

Modele pami¦ci i funkcji poznawczych do-

tycz¡ działania mózgu. Zrozumienie umysłu wy-

maga „wej±cia do ±rodka” sieci relacji pomi¦dzy

stanami mózgu. Czy mo»na tak opisa¢ neurody-

namik¦, by dostrzec w niej zjawiska mentalne?

Umysł jest cz¦±ci¡ tego, co robi mózg lub, wyra-

»aj¡c to metaforycznie, umysł jest cieniem neuro-

dynamiki. Nawi¡zuj¡c do słynnej alegorii Platona

mo»emy powiedzie¢, »e widzimy cienie prawdziwej

rzeczywisto±ci na ±cianie jaskini. Prawdziwa rze-

czywisto±¢ odbija si¦ w „aktywnym lustrze” na-

szych mózgów, a to, co dostrzegamy w naszym

umy±le, jest cieniem tego odbicia.

Próby zrozumienia ±wiata umysłu na podo-

bie«stwo ±wiata ﬁzycznego czynione były w psy-

chologii od dawna. Kurt Lewin ju» w 1938 r. pro-

ponował rozpatrywanie zdarze« mentalnych w od-

powiedniej przestrzeni psychologicznej, w któ-

rej agent (autonomicznie działaj¡cy system po-

znawczy) poddawany jest działaniu „sił kogni-

tywnych” [14]. George Kelly zaproponował ana-

liz¦ zjawisk psychologicznych korzystaj¡c¡ bar-

dziej z geometrii ni» z logiki [15] w ramach swo-

jej „psychologii osobistych konstruktów”. Kelly

POSTPY FIZYKI

TOM DODATKOWY 53D

ROK 2002

MATERIAŁY XXXVI ZJAZDU FIZYKÓW POLSKICH – TORU 2001 – WYKŁADY PLENARNE

namice Newtona [18]. Trajektorie postrzeganego

ruchu pozornego to linie geodezyjne obrotu i prze-

suni¦cia, a wi¦c jest to ruch helikalny. Poło»enie

sztywnego, asymetrycznego obiektu mo»na opi-

sa¢ za pomoc¡ poło»enia wybranego punktu i k¡-

tów okre±laj¡cych orientacj¦. Przestrze« rozró»-

nialnych poło»e« jest 6-wymiarow¡ rozmaito±ci¡,

a 3 jej wymiary (rotacje) s¡ zwini¦te kołowo. Roz-

maito±¢ ta ma symetri¦ grupy b¦d¡cej iloczynem

półprostym dwóch grup E + = R 3 SO(3). Li-

nie geodezyjne w tej przestrzeni tworz¡ rodzin¦

jednoparametrowych podgrup, odpowiadaj¡cych

helikalnym trajektoriom geometrii kinematycznej.

Dla obiektów posiadaj¡cych cz¦±ciow¡ symetri¦

struktura przestrzeni ulega uproszczeniu. Mo»na

j¡ bezpo±rednio powi¡za¢ z rezultatami ekspe-

rymentów psychoﬁzycznych. Interpretacja kształ-

tów obiektów jest bardziej skomplikowana i wy-

maga wi¦kszej liczby wymiarów. I w tym przy-

padku mo»na sobie wyobrazi¢ proces rozpoznawa-

nia jako ruch po geodezyjnej trajektorii w stron¦

prototypu kształtu danego obiektu [18,19].

nuje kompensacji w tych trzech wymiarach, za-

chowuj¡c stało±¢ postrzeganego koloru [21].

Makroskopowe własno±ci obiektów i ich ruchu

postrzegane na poziomie umysłu s¡ wynikiem spo-

sobu przetwarzania informacji na poziomie mikro-

skopowym przez sieci neuronowe mózgu. Struk-

tura tych sieci wykształciła si¦ w wyniku ewolu-

cji, tak by z informacji dostarczanej przez zmysły

wydobywa¢ najbardziej przydatne i wiarygodne

cechy. wiat umysłu wykorzystuje tylko te ce-

chy, które s¡ przydatne z punktu widzenia spraw-

nego działania. Porównywanie obiektów odgrywa

podstawow¡ rol¦ i dokonywane jest za pomoc¡

najszybszych transformacji przy zachowaniu nie-

zmienniczych własno±ci obiektów. Wa»n¡ funkcj¦

pełni tu pami¦¢.

5. Modele pami¦ci i sieci atraktorowe

Kora mózgu ma budow¦ modularn¡ – składa

si¦ z obserwowalnych pod mikroskopem ko-

lumn o ±rednicy ułamka milimetra, zawieraj¡cych

ok. 10 5 neuronów. Typowa kolumna zawiera ty-

si¡ce mikroobwodów, w niewielkim stopniu sprz¦-

»onych ze ±wiatem zewn¦trznym. Neurony kilku-

nastu rodzajów pobudzaj¡ si¦ wzajemnie za po-

moc¡ ró»norakich synaps, reaguj¡cych na dzie-

si¡tki neurotransmiterów i neuromodulatorów. In-

formacja przekazywana w genach nie wystar-

cza, by w pełni okre±li¢ struktur¦ tak zło»onego

obiektu. Podstawowym zadaniem kolumny jest

rozró»nianie dochodz¡cych do niej sygnałów, two-

rzenie niepowtarzalnej sygnatury, któr¡ inne ko-

lumny b¦d¡ mogły odczyta¢. Układ tysi¦cy przy-

padkowych mikrooscylatorów zaburzony przez ze-

wn¦trzne sygnały b¦dzie przez krótki czas pobu-

dzony w charakterystyczny sposób [22]. Odwzo-

rowuje to w nieliniowy sposób dochodz¡ce sy-

gnały w przestrze« o du»ej liczbie wymiarów. Inne

kolumny kory otrzymuj¡ sygnały o jej aktywno-

±ci i potraﬁ¡ łatwo rozró»ni¢, w jakim jest ona

stanie, za pomoc¡ zwykłego mechanizmu uczenia

si¦ dzi¦ki wzmacnianiu siły poł¡cze« synaptycz-

nych jednocze±nie aktywnych neuronów (nazywa

si¦ to uczeniem hebbowskim, na cze±¢ Donalda

Hebba [26]). Wi¦kszo±¢ poł¡cze« wewn¡trz ko-

lumn mo»e by¢ przypadkowa i nie musi podlega¢

uczeniu.

Maass i współpracownicy nazwali ten mo-

del „płynem neuronowym” [22] i pokazali, »e

Charakteryzacja ró»nych aspektów prze-

strzeni, w których nale»y analizowa¢ wra»enia

zwi¡zane z percepcj¡, jest pierwszym krokiem

w kierunku ﬁzyki umysłu. Postrzeganie koloru

– tematem tym zajmowali si¦: Newton, Helm-

holtz, Maxwell i Schrodinger – jest tu równie»

dobrym przykładem. Pomimo zmiany rozkładu

widmowego ±wiatła odbitego od powierzchni po-

strzegany kolor jest stabilny. Przestrze« kolo-

rów przedstawi¢ mo»na w postaci sfery, poda-

j¡c intensywno±¢ (zmienna radialna), nasycenie

i barw¦ (zmienne k¡towe). Ju» Newton zauwa»ył,

»e skrajne kolory widma, purpura i ﬁolet, s¡ bar-

dziej podobne do siebie ni» do kolorów le»¡cych

w ±rodku widma. Niezmienniczo±¢ postrzeganego

koloru K ( x, ) = I ( ) S ( x, ) w punkcie x odbija-

j¡cej powierzchni S przy ró»nym o±wietleniu I ( )

wymaga odró»nienia wkładu S ( x, ) dzi¦ki infor-

macji zaledwie z trzech receptorów koloru. Rozwa-

»ania teoretyczne pokazuj¡ [20], »e do wykonania

tego zadania potrzeba co najmniej 6 typów recep-

torów. Nie widzimy wi¦c w pełni wszystkich cech

powierzchni odbijaj¡cej. Zmienno±¢ naturalnych

warunków o±wietlenia mo»na w przybli»eniu opi-

sa¢ za pomoc¡ 3 parametrów: nat¦»enia ±wiatła,

przesuni¦cia czerwie«–ziele« zale»nego od absorp-

cji atmosfery oraz przesuni¦cia niebieski–»ółty, za-

le»nego od rozpraszania. Układ wzrokowy doko-

POSTPY FIZYKI

TOM DODATKOWY 53D

ROK 2002

[Polish] Duch W. - Fizyka Umyslu.pdf

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: