Valóság és illúziók: kiderült, hogy miért a zajos agy a hatékony agy

„Észenlétünk pillanataiból kell válogatnunk, s ami homokot felmarkolunk az eszmélet tájairól, az lesz a tudatunk” – Robert M. Pirsig: A zen meg a motorkerékpár-ápolás művészete (ford. Bartos Tibor)

Egy kávézóban ülünk A Neuronban most megjelent cikk ide kattintva teljes terjedelmében olvashatóOrbán Gergővel, és már kínosan hosszú ideje a karosszékét bámulom, miközben az agysejtek aktivitásának mintázatairól magyaráz. Vajon a karfák valóban összetartoznak? Lehetséges, hogy interjúalanyom két karfa alakú mankón támaszkodik, és ezt a fura, félig guggoló testhelyzetet valami emberfeletti önuralommal tartja meg, hónapok kitartó gyakorlása után? Jobban belegondolva akár ez is elképzelhető, bár valljuk be, elég valószínűtlen.

A becsapható szem

A karosszékkel kapcsolatos hirtelen jött bizonytalanságom persze nem a véletlen műve, egyszerűen csak leragadtam beszélgetésünk egy korábbi részénél. Orbán Gergő mindössze azzal az egyszerű ténnyel szembesített, hogy amit látunk, az egyáltalán nem egyértelmű. Bár épp a karosszék esetében viszonylag nagy erőfeszítés kell a hétköznapi értelmezésünk szétrombolásához, rengeteg vizuális illúzió ismert, ahol egyáltalán nem ilyen egyszerű agyunk feladata. Gondoljunk csak a barokk templomok kupoláinak háromdimenziós térélményt nyújtó festményeire, de ha valaki ellátogat az MTA Székházába, az emeletre vezető lépcsősor faldíszei között is találhat zseniális háromdimenziós illúziókat – én például hónapokig jártam úgy dolgozni, hogy azt hittem, mindegyikük igazi stukkó. A módszer neve trompe l’oeil, vagyis „szemet becsapó” festészet.

Pere Borrell del Caso: Menekülés a kritika elől (1874)Forrás: Wikimedia Commons

Az agykutatók számára azonban ebben a látványos trükkben nem is annyira az az izgalmas, hogy működik, hanem az, hogy azután is működik, hogy lelepleztük. Illetve, az illúzió erősségétől függően képesek vagyunk kétféleképpen – festményként síkban és háromdimenziós látványként térben – látni, sőt vannak olyan vizuális illúziók, amelyek szemlélése közben akár hat különböző értelmezésközött váltogat az agyunk. És nem állapodik meg egynél.

Felmerül hát a karosszékes példánál még elég mesterkéltnek tűnő kérdés: hogyan is jelenik meg a látottak bizonytalansága az agyunkban? Orbán Gergő és kutatótársai ennek a problémának eredtek nyomába.

Rádió az agyban

Képzeljünk el egy nagyon egyszerű kísérletet. Egy majomnak megmutatják egy vízszintes rúd képét, majd szép lassan elkezdik forgatni, míg függőleges helyzetbe nem ér, mindeközben pedig mérik agyában az idegsejtek aktivitását a látásélmény keletkezésének helyén, az elsődleges látókéregben. Az már korábbi kísérletekből világos volt, hogy az idegsejtek különböző intenzitású aktivitással reagálnak a rúd helyzeteire, valahogy úgy, mintha a rúd egy rádió csatornakeresője lenne. Az viszont újdonság volt, hogy kimutatták: egyáltalán nem mindegy, milyen minőségű képet adnak a rúdról. Attól függően, hogy a majom élesebb, kontrasztosabb vagy elmosódottabb képet látott, látókérgének idegsejtjein „tisztább” vagy „zajosabb” aktivitást mértek. Vagyis, amikor kevésbé jól kivehető képet adtak a rúdról, mintha felerősödött volna a „rádióadást” zavaró recsegés, éles, kontrasztos képnél pedig az adás is mintha tisztábban hangzott volna.

A kísérleteket végző kutatók sokáig nem igazán foglalkoztak ezzel a zajjal, sőt inkább szabadulni akartak tőle, azonban Orbán Gergő és munkatársai felismerték, hogy

ha a zaj nagysága változik attól függően, hogy mit lát a kísérleti állat, akkor feltehetően ennek is van valamilyen információtartalma.

Több további kísérlet adatai nyomán egyre világosabban látták, hogy ez a zaj voltaképpen azt mutatja, mennyire biztosan tudta elhelyezni az agy a látottakat saját, a világról alkotott modelljében.

Modell és céltábla

Orbán Gergőék elgondolása nagyjából a következőképpen áll össze. Agyunk folyamatosan érzékeli a bennünket körülvevő világot, és a rengeteg ismeret, emlék, tapasztalat, benyomás alapján megpróbálja valahogy modellezni az érzékszerveinken keresztül kapott információkat. Azonban akármit érzékeljünk is a világból, annak általában nem csak egyféle értelmezése lehet. Agyunkban ez a többféle értelmezés együttesen jelen van, csak mindegyiknek más a valószínűsége, melyet visszatükröz az adott értelmezés „súlyozása”. (Példánkban: az eddigi tapasztalatok alapján esélyesebb a karosszék, mint a két fura mankó.) A Neuronban, a világ egyik vezető idegtudományi lapjában most megjelent cikk szerzőinek elgondolása szerint a látókérgi idegsejtek aktivitása épp olyan, mintha folyamatosan mintát vennénk ezekből az értelmezésekből, méghozzá a súlyuknak megfelelő valószínűséggel.

Orbán GergőForrás: mta.hu/Szigeti Tamás

A legjobban talán úgy érzékeltethetjük a dolgot, mintha íjászok lennénk, és két céltáblára lőnénk – az egyik tíz, a másik száz méterre van tőlünk. A közeli céltáblát nagyobb valószínűséggel találjuk el, a nyílvesszők elhanyagolható része szóródik szét a tábla körül, a távolabbin pedig sok-sok lehullott nyílvesszőből kirajzolódik, hogy hova is akartunk célozni, de a lövések hatalmas körben szórnak a tábla közepe körül. Ha a helyzetet szeretnénk leírni, tárolhatjuk a két céltábla pontos helyzetét – íjásztehetségünk ismeretében ez pontosan meghatározza, milyen eséllyel találunk célba, és hogyan fognak szóródni a nyílvesszők a céltábla körül. Ez egy absztrakt modell a helyzetről. A látókéregben megjelenő idegsejt-aktivitás viszont olyan, mint egy mindkét céltáblára leadott lövéssorozat (ez a mintavétel), ahol a nyílvesszők szóródásából kirajzolódik, hogy voltaképpen milyen két céltábláról is volt szó, és honnan adtuk le a lövéseinket.

Ezt a gondolatot illusztrálja az alábbi zebrafejes animáció is, ahol a szemléltetés kedvéért képzeletbeli „agyunk” egy igen-igen egyszerű valóságmodellt használ. Amikor a szem a fájdalmasan ordító zebra fejét látja (a videó végén ez is feltűnik, az indításhoz kattintson a képre), ebben a képzeletbeli agyban megformálódik egy modell arról, hogy a szemünk mely részén milyen valószínűséggel számíthatunk fotonok érkezésére (ezt mutatja a felső réteg az ábrán). Noha a látókéreg idegsejtjei nem éppen a fotonok eloszlását jelenítik meg, e képzeletbeli idegsejtek képzeletbeli aktivitása jól mutatja, hogy zajosnak tűnő mintavételek sokaságából hogyan rajzolódik ki a zebra képe.