Stajesz w miejscu, próbujesz złapać oddech, aw Twojej głowie jest tylko jedna myśl: „Jak to zrobiłem?”
Wszyscy doświadczyliśmy podobnej sytuacji. Chociaż coraz częściej chodzi o nieumyślne włączenie nowej ultranowoczesnej kuchenki mikrofalowej, przypadkowe wtykanie w przyciski. Niezależnie od tego, czy ratujesz życie, czy po prostu chcesz odgrzać jedzenie, Twój mózg musi rozwiązać dwa problemy naraz, aby zrozumieć: działanie X pociąga za sobą wynik Y.
Problem artysty: czy ja to zrobiłem?
Problem z działaniem a wynikiem: Która z rzeczy spowodowała wynik Y?
Pytania nie są łatwe. Robimy wiele rzeczy i wszystko to do czegoś prowadzi. Poza tym wokół nas nieustannie dzieją się pewne wydarzenia i tylko niewielka ich część zależy od nas. Dlatego mózg musi oddzielić wynik Y od ogólnego przepływu zdarzeń. Następnie musi ustalić, czy mamy cokolwiek wspólnego z tym, co się stało. Jednocześnie informacje ze zmysłów pojawiają się dopiero po wykonaniu czynności, które mogły spowodować incydent. Za te procesy odpowiada dopamina, pierwsze skrzypce w symfoniach wielu teorii poznawczych.
Mamy hipotezę, która szczegółowo opisuje neuronowy proces korelacji działania z jego wykonawcą i skutkiem. Ta hipoteza wywodzi się z dwóch podstawowych idei.
Po pierwsze, mózg ma model działania świata zewnętrznego - na jego podstawie nieustannie próbuje odgadnąć, co będzie dalej. Jeśli prognoza się nie sprawdzi, to rodzi się zdziwienie, a zdarzenie, które ją spowodowało, wyróżnia się ze strumienia zwykłych i przewidywalnych zjawisk.
Film promocyjny:
Po drugie, mózg rejestruje wszystko, co właśnie zrobiliśmy, co oznacza, że każde nieoczekiwane zdarzenie można skorelować z łańcuchem ostatnich działań zapisanych w pamięci. Po znalezieniu połączenia czynność można powtórzyć - i sprawdzić, czy doprowadzi ona do tego samego wyniku. Pozytywna odpowiedź wskaże na związek przyczynowy.
W żadnym przypadku nie możemy obejść się bez naszego starego przyjaciela - dopaminy. Na pierwszy rzut oka, jeśli chodzi o korelowanie działań z wynikami, ten neuroprzekaźnik jest najgorszym ze wszystkich możliwych pomocników. Dopamina jest wytwarzana w ogromnych ilościach w kilku obszarach mózgu jednocześnie. Ta metoda jest całkowicie nieskuteczna w izolowaniu pojedynczego połączenia między zbiorem neuronów - powiedzmy, między odpowiedzialnymi za działanie X a wynikiem Y. Ale w rzeczywistości jest to niezwykle wyrafinowany mechanizm. Uwolnienie dopaminy można porównać do nadawania sygnału radiowego. Z jego pomocą następująca wiadomość jest natychmiast wysyłana do różnych części mózgu: „Coś bardzo niezwykłego wydarzyło się tuż poza mózgiem. Ilu z was weźmie za to odpowiedzialność?”
Osoba podczas tej transmisji jest zaskoczona. To uczucie pojawia się, gdy mózg popełnia błąd w swoich przewidywaniach. Istnieje wiele dowodów na to, że neurony dopaminy służą do sygnalizowania błędu, gdy mózg oblicza prawdopodobieństwo otrzymania nagrody. Jeśli Twój mózg zakłada, że żadna nagroda nie nadejdzie w najbliższym czasie, i nagle zupełnie obcy człowiek wręczy Ci pączka, neurony dopaminy zostaną chwilowo aktywowane. Przekazują pozostałym mózgom zaskoczenie, że stało się coś nieoczekiwanie dobrego. Neurony wydają się krzyczeć: „Nie ma znaczenia, który z was przyniósł nam pączka, ale trzeba to powtórzyć!”
Mózg może się mylić co do czegoś więcej niż tylko prawdopodobieństwa nagrody. Wiemy również, że neurony dopaminy mają tendencję do przewidywania niepożądanego wyniku. Rzeczy, których warto się nauczyć, jak na przykład nie wciskanie przycisku, który powoduje zrzucanie węży do łazienki. Błędna ocena czasu przeszłego po niedawnym wydarzeniu. A także, że nie śpiewasz tak, jak byś chciał. Prawdopodobnie nie wiedziałeś, że masz krytyka muzycznego siedzącego w twoim śródmózgowiu?
Wszystkie te mechanizmy, przez które różne błędy wyzwalają krótkotrwałe uwalnianie dopaminy, mają proste wytłumaczenie: neurony dopaminy są odpowiedzialne za przekazywanie zaskoczenia. A co najważniejsze, to wydanie zawsze pojawia się natychmiast po nieoczekiwanym zdarzeniu Y i służy jako jego znacznik czasu.
Twój mózg zauważył więc, że w otaczającym świecie wydarzyło się coś fajnego, a dopamina powiadamia o tym resztę swoich części. Teraz musisz ustalić, czy któraś z twoich akcji była powodem tej tury. W tym przypadku mózg w pewnym sensie skleja działanie i wynik, wzmacniając lokalne połączenie między nimi.
Aby to zrobić, musisz znaleźć informacje o akcji lub czynnościach, które miały miejsce przed zarejestrowaniem informacji o wyniku. W końcu komunikacja może przebiegać tylko od przyczyny do skutku, a nie odwrotnie. Powiedzmy, że w pokoju zapala się światło - dlaczego? Jest to mało prawdopodobne, ponieważ oznaczyłeś pojawienie się światła specjalnym rytualnym tańcem na jednej nodze i jednocześnie machając martwym kurczakiem. Powodem jest raczej to, że przy wejściu nacisnąłeś przełącznik (oczywiście ręką, w której nie było kurczaka).
Głównym zadaniem krótkotrwałego uwalniania dopaminy jest znalezienie tej właściwej wśród ostatnich działań. Kiedy impuls elektryczny zaczyna przechodzić wzdłuż aksonu, niosąc wiadomość do neuronów biorczych, w neuronie rozpoczyna się długi proces, w którym zmienia się stężenie kilku cząsteczek, w szczególności wapnia. Co więcej, aktywność na każdym przychodzącym połączeniu do tego neuronu również pozostawia ślady wapnia, co oznacza, że wejście to jest potencjalnie ważne.
Dopamina działa również na styku dwóch neuronów. Przypuśćmy, że jeden neuron wydał polecenie wykonania czynności, która pociągnęła za sobą określony rezultat, a inny neuron, łącząc się z pierwszym, zgłasza: „W tym czasie zostałem aktywowany”. Teraz informacja jest zakodowana w związku: „Zrób to samo, gdy ponownie się aktywuję”. Jeśli neuron odpowiedzialny za działanie zostanie odpalony w odpowiedzi na aktywację drugiego neuronu, wówczas pozostaną w nim ślady wapnia. Będą służyć jako przypomnienie, że to konkretne połączenie i ten konkretny neuron były zaangażowane. W obecności wapnia połączenie między tymi neuronami zostanie wzmocnione przez dopaminę. Dlatego myśl „zrób to samo, gdy ponownie się aktywuję” jest wzmacniana tylko wtedy, gdy oba neurony są aktywowane we właściwym czasie.
Jeszcze bardziej zaskakujący jest fakt, że przyczynowość jest wbudowana w same reguły, według których zmienia się siła połączeń między dwoma oddzielnymi neuronami. Najwyraźniej połączenie między neuronami A i B pamięta, w jakiej kolejności zostały odpalone. Jeśli neuron A jest aktywowany tuż przed neuronem B, może to logicznie prowadzić do aktywacji tego drugiego. Ten związek jest oznaczony wapniem, co w przyszłości można wzmocnić.
Ale jeśli neuron A jest aktywowany natychmiast po neuronie B, nie może już być przyczyną aktywacji B. Wręcz przeciwnie, takie połączenie będzie musiało zostać osłabione, ponieważ w takim przypadku aktywacja neuronu A będzie zakłócać neuron B. Jeśli neuron A zostanie aktywowany na długo przed lub długo po neuronie B, siła połączenia nie ulegnie zmianie. Rzeczywiście, wydaje się, że zasady zmiany siły połączenia są zaprojektowane specjalnie po to, aby wyszkolić mózg w ustalaniu połączeń przyczynowych.
W ten sposób mózg rozwiązuje problem korelacji działania z wynikiem. Odnajduje czynność X, która spowodowała wynik Y, wysyłając sygnał, że coś niezwykłego wydarzyło się poza mózgiem, a także przez oznaczenie czasu tego zdarzenia. Sygnał ten zostanie odebrany tylko w miejscu, w którym neuron odpowiedzialny za akcję został właśnie aktywowany. Decydują o tym ślady molekularne, które pozostają po aktywacji. Teraz, jeśli to połączenie zadziała ponownie, neurony czynnościowe X będą bardziej prawdopodobne, że zostaną aktywowane. Oznacza to, że osoba w podobnej sytuacji z większym prawdopodobieństwem wykona dokładnie akcję X. W ten sposób określamy, czy X faktycznie wywołuje Y, i dostrajamy nasze rozumienie świata zewnętrznego.
Pozostaje rozwiązać problem skorelowania działania z wykonawcą, a teraz stało się to łatwiejsze. Skąd mózg wie, że nie masz nic wspólnego z tym, co się dzieje? Sygnał dopaminy nie wykazuje żadnych śladów aktywności w neuronach. Brak śladów oznacza: „Nie mam z tym nic wspólnego”.
Jednak może się to również zdarzyć w ten sposób: neurony odpowiedzialne za działanie zostały aktywowane bezpośrednio przed wynikiem, ale nie były jego przyczyną. Dlatego czynność należy powtórzyć. Jeśli działanie X jest celowo powtarzane i nie powoduje wyniku Y, to nie ma dowodów na to, że istnieje związek między nimi.
Zasady, według których mózg ustala związek przyczynowy, są jednym z głównych obszarów pracy współczesnej neuronauki, ale ogólnie obszar ten pozostaje tajemniczy i mało zbadany. Elementy teorii percepcji związków przyczynowych od czasu do czasu pojawiają się w literaturze, ale sami autorzy nie skupiają się na tym. Oznacza to, że w tej dziedzinie, hipotetycznie, można dokonać wielu odkryć, biorąc pod uwagę, ile jest w niej pytań, na które jeszcze nie udzielono odpowiedzi. Spójrzmy na jedno z tych pytań. W jaki sposób mózg wykorzystuje te informacje w przyszłości?
Postrzeganie przyczynowości opiera się na założeniu, że nasze mózgi używają predykcyjnego modelu świata. Jeśli tak, to powinniśmy mieć również odwrócony model, który odpowiada na pytanie „Jak zmienić świat?” Możemy powiedzieć: „Chcę wyniku Y” i użyć modelu odwrotnego, aby znaleźć wymagane „działanie X”, które doprowadzi do pożądanego wyniku.
Oznacza to, że musimy stale dostosowywać dwa modele: predykcyjny (jeśli to zrobisz, to się zmieni na świecie) i odwrócony (aby coś na świecie się zmieniło, musisz to zrobić). Jest wysoce prawdopodobne, że dopamina jest odpowiedzialna za dostrojenie każdego z tych obwodów. Ale gdzie ma miejsce sama adaptacja? Czy te modele zmieniają się razem czy osobno? Nie mamy o tym pojęcia. Ile różnych modeli świata zewnętrznego tworzy mózg, jak wchodzą ze sobą w interakcje i jak się uzupełniają - to pytania bez odpowiedzi.
Zdolność do ustalenia związków przyczynowych metodą prób i błędów zaobserwowano u różnych gatunków. Nie tylko u zwierząt, ale także u ptaków. Zdolność ta łączy poszczególne zdarzenia w sekwencję: jeśli wykonam czynność X, po niej nastąpi wynik Y. Niektóre gatunki mogą ustanowić związki przyczynowe poprzez naśladownictwo. Obserwując swoich bliskich, błękitne cycki z rodziny sikorki mogą nauczyć się odkręcać nakrętki butelek z mlekiem (serio, lepiej tych ptaków nie rozwścieczyć).
Ale człowiek ma jedną zaletę - język. Dzięki niemu nie musimy już marnować energii na niekończące się obserwacje łańcuchów działań, ograniczone jedynie własnym doświadczeniem. Za pomocą języka możemy wyjaśnić związki przyczynowe i przekazać je w sposób abstrakcyjny: w książkach, czasopismach, filmach dokumentalnych. Lub skorzystaj z wielogodzinnego przewodnika na YouTube, jak przejść przez V8. Możemy rejestrować nasze obserwacje, pozostawiając luki, w których nie ma wystarczającej liczby połączeń w łańcuchu między X i Y (nazywa się to „nauką”). Możemy dzielić się informacjami i znajdować związki przyczynowe na większą skalę iw większych próbkach niż jest to dostępne dla jednostki.
Fakt, że ludzie zidentyfikowali przyczyny złożonych zjawisk, takich jak wymieranie gatunków czy globalne ocieplenie, jest świadectwem naszej zdolności pojmowania świata poza indywidualnym doświadczeniem. Tylko ludzki mózg jest w stanie zrozumieć nie tylko, co spowodowało samo siebie, ale także to, co wszyscy spowodowaliśmy.
Mark Humphries