Di salah satu kelas pertama saya di kursus neuroimaging pertama saya, dialog yang membingungkan terjadi.
Profesor : dalam percobaan ini, orang-orang melihat salib di tengah layar, sedangkan di kiri atau kanan salib mereka ditunjukkan tempat Gabor ...
Siswa : maaf, apa tempat Gabor?
Profesor : Ah, well, ini adalah lilitan sinusoid dengan kurva Gaussian.
Dia tersenyum pada kami, tidak memperhatikan fakta bahwa di belakangnya di layar hanya gambar tempat Gabor. Dia mengangkat alisnya penuh harap. Seluruh posenya berkata, "Nah, sekarang sudah jelas?"
Mahasiswa : Umm ...
Profesor : Tidak? Di sini, saya tunjukkan.
Masih mengabaikan layar presentasi, dia berbalik ke papan tulis. Di atasnya, ia menggambar gelombang sinus, dan di bawahnya ada kurva Gaussian.
"Dan sekarang kamu melakukan operasi lipat pada mereka!" [
menurut beberapa ahli dalam komentar, fungsi ini adalah produk dari Gaussian dan gelombang sinus, dan bukan konvolusi / kira-kira. perev. ]
Mahasiswa itu menyerah. Mungkin dia punya beberapa ide tentang operasi matematika konvolusi, tetapi dia tidak memiliki intuisi yang diperlukan. Dia membutuhkan seseorang untuk hanya mengarahkan jari mereka di tempat yang tepat di layar: ini adalah tempat Gabor.
Bisa jadi cerita tentang bagaimana saya kadang-kadang merasa di tempat siswa ini. Atau cerita tentang mengajar. Atau, mungkin, seberapa akurat informasi yang mungkin tampak tidak berarti bagi kami. Tapi sekarang saya ingin fokus pada fakta bahwa tempat Gabor lebih dari sekedar belokan sinusoid dengan kurva Gaussian.
Misalkan Anda memiliki banyak anak kucing yang dibesarkan di lingkungan di mana tidak ada landmark selain vertikal. Anak kucing hanya akan melihat garis-garis vertikal. Apa yang terjadi jika, setelah beberapa bulan, anak-anak kucing ini dilepaskan dan diizinkan untuk berinteraksi dengan dunia biasa di sekitar mereka?
Itu akan terjadi bahwa setelah awal yang tidak pasti, mereka akan belajar berinteraksi dengan dunia luar. Mereka akan mulai mempelajarinya, bermain, berperilaku seperti anak kucing. Tetapi jika mereka menangkap benda panjang, tipis, dan horizontal - misalnya, kabel hitam membentang di atas karpet putih, mereka akan berperilaku seolah-olah itu tidak ada. Mereka tidak akan takut jika dia tiba-tiba berjalan ke arah mereka dan tidak akan menangkapnya jika dia akan melompat. Mereka akan menunjukkan kebutaan selektif padanya, meskipun mata mereka akan bekerja dengan sempurna. Akar masalah mereka akan ada di otak.
Korteks visual primer - yang pertama dari serangkaian zona kortikal yang memproses informasi visual - sensitif terhadap orientasi garis. Ada sel-sel yang disebut "sederhana" (atau strip detector, atau face detector), yang diaktifkan sebagai respons terhadap berbagai tingkat kemiringan, tergantung pada orientasi wajah dari objek yang diamati. Jika kita berjalan di sepanjang permukaan korteks visual primer, kita perlahan-lahan akan berjalan dari area yang bertanggung jawab untuk orientasi vertikal ke area yang disetel ke sudut kemiringan yang semakin lebar dan lebih besar. Ini berarti bahwa satu kelompok sel menjadi sangat aktif ketika ia melihat garis vertikal, yang lain - jika sedikit dimiringkan, dan yang lain bereaksi terhadap garis horizontal. Sel yang "disetel" ke orientasi vertikal masih akan merespons sebagai respons terhadap garis yang tidak terlalu vertikal, hanya lebih kecil dan lebih kecil, tergantung pada perbedaan antara orientasi vertikal "yang disukai" dan yang terlihat.
Sensitivitas neuron disesuaikan dengan garis-garis vertikal sebagai fungsi dari orientasi jalurDalam kasus anak kucing, sel-sel yang seharusnya bertanggung jawab atas orientasi horizontal mulai merespons orientasi lain karena kekurangan sensorik selama periode perkembangan kritis. Mereka tidak memiliki sel yang merespons rangsangan horizontal, sehingga pada tahap neuroproses sinyal visual padam.
Setelah mempelajari orientasi orientasi ini, kita dapat mulai memahami salah satu fenomena yang berkaitan dengan persepsi. Yaitu, jika kita melihat strip berorientasi dengan cara yang sama untuk waktu yang lama, maka kemampuan kita untuk menilai kemiringan berikutnya, kira-kira strip berorientasi yang sama akan berkurang untuk sementara waktu, tetapi efek ini akan melemah oleh garis-garis yang lebih condong. Sekarang kita tahu bahwa ini disebabkan oleh kelelahan neuron - semakin aktif neuron, semakin lelah akan nanti, dan semakin sedikit akan memiliki kemampuan untuk mengirimkan informasi orientasi secara akurat.
Bagaimana kita tahu itu? Berkat ribuan percobaan dengan tempat Gabor. Gabor spot adalah rangsangan yang mengontrol aktivitas visual awal dengan cara yang terkontrol. Mereka terlihat seperti urutan garis-garis hitam dan putih, dan mereka dapat diorientasikan dengan cara apa pun, mereka dapat dibuat baik atau kurang dapat dibedakan, besar atau kecil, berputar atau tidak bergerak. Mereka harus berada di laboratorium visualisasi apa pun.
Hari itu di kelas saya menemukan kesalahan, kesalahpahaman. Profesor saya tidak ingin menyiasati kesadaran, atau berpendapat bahwa persepsi berakhir pada deskripsi fisik stimulasi. Dia hanya berasumsi bahwa siswa menyadari orientasi orientasi, dan mencoba untuk memberikan informasi tambahan.
Tetapi bintik-bintik Gabor tidak hanya mengendalikan korteks visual primer. Sifat-sifat pemrosesan primer informasi visual memiliki pengaruh yang sangat kuat pada bagaimana kita memvisualisasikan otak secara keseluruhan. Mereka mendukung keyakinan kita bahwa di suatu tempat ada neurokode untuk merasakan waktu, ruang, posisi kita di ruang, makna kata-kata, keindahan melodi, emosi kompleks seperti rasa sakit penolakan sosial, kemampuan menilai pikiran orang lain, kesadaran diri, kecanduan politik, sifat karakter. Skema saraf ini mungkin sulit dibedakan bagi kita, sebagai pengamat, tetapi kami percaya bahwa kode itu tersembunyi di dalam, dan siap bagi kita untuk mengeluarkannya dan menganalisisnya, membandingkannya dengan salah satu konsep kognitif, dan bahwa pekerjaan kesadaran, pada prinsipnya, dapat dicocokkan secara sempurna dengan aturan yang mengatur kerja neuron. Jika kita bermimpi lebih jauh, maka setelah kita memecahkan kode ini, menjadi mungkin untuk membuat mesin yang mampu memproses informasi tidak lebih buruk dari kita, dan tidak dapat dibedakan dari kita dalam hal ini.
Tidak ada yang menganggap tugas ini sederhana. Bahkan dalam kasus "sel-sel sederhana", kenyataan ternyata jauh lebih rumit daripada sekadar menetapkan neuron peran mengenali orientasi di satu sisi, dan hubungannya dengan sensasi di sisi lain. Pertama-tama, sensasi tidak terkait dengan neuron individu, tetapi dengan jumlah relatif aktivitas dalam neuron yang lebih menyukai orientasi yang berbeda. Hubungan antara sensasi dan distribusi aktivitas ini tidak langsung. Jika kita melihat strip vertikal, dan memiringkan kepala atau tubuh kita ke samping sehingga strip relatif terhadap mata kita tidak vertikal, neuron yang lebih suka posisi miring harus bekerja. Tetapi pada kenyataannya, strip ini tetap vertikal untuk kita, dinilai oleh neuron dari korteks visual primer (dan kita merasakannya vertikal). Ini disebabkan oleh fakta bahwa informasi vestibular dikaitkan dengan informasi orientasi dan memperbaikinya. Selain itu, orientasi dan ruang juga saling berhubungan: urutan orientasi yang lebih dan lebih cenderung, menghiasi permukaan korteks visual primer, diulangi berulang kali di sana. Ini memungkinkan Anda untuk mengenali lereng secara memadai di berbagai bidang bidang pandang. Sel-sel sederhana tidak hanya memproses informasi ini - tetapi, misalnya, total pekerjaan bidang pandang - dan Gabor spot dengan sejumlah besar strip tipis akan dirasakan berbeda dari satu spot dengan sejumlah kecil lebar. Dalam beberapa sel sederhana, garis penyesuaian akan lebar, yang lain akan menggunakan yang sempit. Beberapa akan menanamkan informasi dari tingkat pemrosesan sebelumnya, di
thalamus , hampir secara aditif, sementara yang lain akan menggunakan perhitungan yang lebih kompleks. Dan di samping semua ini, sel-sel sederhana secara selektif saling menindas, dan di samping itu, aktivitas mereka secara fleksibel beradaptasi tergantung pada data yang diterima dari daerah-daerah dengan tingkat yang lebih tinggi. Bayangkan apa yang akan terjadi jika mereka tidak "sederhana"!
Namun, terlepas dari semua kesulitan, hubungan antara orientasi garis dan aktivitas saraf, dan antara aktivitas dan sensasi saraf cukup mudah. Sedemikian rupa sehingga gangguan dalam sensasi dapat memungkinkan kita untuk membuat asumsi yang masuk akal tentang fungsi otak, seperti dalam kasus ilusi di dinding kafe, di mana konteks visual di sekitarnya mempengaruhi rasa orientasi kita - mungkin sehubungan dengan penindasan lokal.
Batu bata tampak trapesium, dan lapisan - miring, meskipun sebenarnya batu bata itu persegi panjang, dan lapisannya sejajar dengan tanah.Dapatkah hubungan langsung antara proses kognitif dan aktivitas saraf diharapkan menjadi norma? Orang sering dapat melihat bagaimana penyetelan orientasi digambarkan sebagai pengantar ide-ide yang lebih umum tentang tujuan otak - sebagai contoh prototip dari fungsi otak. Juga, penelitian sering dimulai dengan pertanyaan kognitif umum (Bagaimana kita menentukan mobil kita dari ratusan mobil di tempat parkir? Bagaimana kita menavigasi di sepanjang jalan yang sibuk? Mengapa mengejutkan ketika sumber kebisingan jangka panjang tiba-tiba berhenti?), Dan berakhir pada skala kerja yang sangat kecil neuron yang menggambarkan hasil percobaan. Untuk yang belum tahu, mungkin tampak seolah-olah hubungan dengan fenomena kognitif dianggap begitu jelas sehingga tidak perlu dijelaskan lebih lanjut. Bahkan, ini kemungkinan besar disebabkan oleh keyakinan bahwa ruang antara aktivitas saraf dan proses kognitif dapat diisi pada prinsipnya, dan bahwa secara bertahap, dengan kesulitan, kita akan sepenuhnya mengisinya - seperti yang dapat dilihat pada contoh penyesuaian orientasi.
Namun, dengan meningkatnya kompleksitas fenomena yang dipelajari oleh kami, kompleksitas membangun koneksi antara neuron dan aktivitas cerdas juga tumbuh sangat cepat. Sebagian besar rasa orientasi sangat mudah diletakkan pada aktivitas sel-sel sederhana di korteks visual primer, tetapi akan sangat tidak memadai untuk menentukan proses pembelajaran hanya melalui plastisitas sinapsis. Bahkan jika kita secara lengkap dan akurat menggambarkan semua aktivitas neuron, kita perlu menemukan cara mendasar untuk menghubungkannya dengan pikiran, dan metode ini hampir tidak pernah muncul karena kita meneliti jaringan saraf dengan sangat cermat.
Jika kita bertanya pada diri sendiri apakah kita mengandalkan fenomena mental untuk aktivitas gugup, maka jawabannya pasti akan "ya". Dalam pengertian ini, semua aktivitas rasional dapat direduksi menjadi blok bangunan sederhana, nyata, konsisten yang digabungkan berdasarkan sejumlah pedoman yang jelas. Tetapi dari kesederhanaan ini, muncul kerumitan yang tak terduga. Dalam pengertian ini, pelatihan dapat, pada prinsipnya, dijelaskan pada tingkat saraf, dan kami, pada prinsipnya, dapat membangun mesin yang sama sadarnya seperti kita. Aktivitas sel-sel sederhana, dimanifestasikan ketika melihat bintik-bintik Gabor, adalah contoh yang baik tentang bagaimana ini dapat bekerja dengan fungsi pikiran dari kompleksitas.
Di sisi lain, beberapa fenomena penting terjadi baik di dalam orang maupun di antara mereka. Rasa identitas kita, misalnya, adalah campuran dari kualitas pribadi dan bagaimana mereka berbeda dari kualitas orang lain. Salah satu properti saya yang terkenal adalah saya orang asing. Ini tercermin dalam cara saya memproses informasi tertentu yang terkait dengan penduduk setempat. Sebagai contoh, saya tidak dapat membedakan suara-suara tertentu yang dibuat dengan aksen lokal, karena saya tidak tumbuh dengan mereka, dan sinyal mereka meluruh di korteks pendengaran saya seperti orientasi horizontal anak-anak kucing malang itu. Milik orang asing saya dapat didiskusikan dalam hal perbedaan dalam aktivitas saraf, dan mungkin bahkan dengan akurasi tinggi, tetapi apakah masuk akal untuk melakukannya? Perbedaan saya dengan penduduk setempat akan berbeda jika saya pindah dari satu negara ke negara lain, dan di negara mana pun orang asing lainnya dapat berbeda dari penduduk setempat dengan cara yang tidak terhubung dengan saya dengan cara apa pun. Lebih masuk akal untuk membahas perbedaan semacam itu pada tingkat saraf sebagai fungsi dari perbedaan budaya, daripada sebagai fungsi otak asing yang menghasilkan pikiran asing. Saya tidak punya otak asing: Saya punya otak, dan saya orang asing. Pada batasnya, simbolisasi apa pun dapat dianggap sebagai hasil dari budaya yang sebanding dengan milik orang asing, dan karena itu tidak dapat disebut fitur otak. Dan untuk kegiatan yang rasional, perlambangan diperlukan.
Orang-orang yang tertarik pada apa yang terjadi pada dua ujung spektrum ini - mengurangi fenomena kognitif menjadi aktivitas saraf, dan membiaskan fenomena ini melalui lensa budaya dan interpersonal - menganggap posisi yang berlawanan itu benar, tetapi sepele, tanpa kemampuan menjelaskan. Tampak bagi saya bahwa ini mungkin disebabkan oleh ketidaksepakatan antara sifat hubungan sebab akibat dan apakah hubungan itu dapat berkembang dalam satu arah atau dalam banyak arah. Bagaimanapun, hubungan antara sisi saraf dan kognitif dari koin yang sama penuh dengan kehalusan.
Mempelajari seluk-beluk ini, kita dapat bertanya apakah mungkin untuk mengasosiasikan fenomena mental seseorang dengan keadaan saraf yang tepat dan tidak bervariasi waktu, dan oleh karena itu, dapatkah kita selalu menggunakan keadaan gugup untuk menggambarkan hasil kognitif. Jawaban untuk pertanyaan ini akan negatif. Banyak kondisi saraf dapat menyebabkan hasil kognitif yang sama (Anda dapat memecahkan masalah matematika berdasarkan rasa angka, visualisasi, kemungkinan verbalisasi), dan berbagai hasil kognitif dapat mengalir dari satu keadaan (misalnya, kegembiraan gembira Anda dapat mengalir ke euforia atau ke perhatian).
Tetapi mungkin beberapa jenis aktivitas saraf yang melekat bersembunyi di dalam variabilitas ini, atau apakah aktivitas ini memasuki satu atau beberapa keadaan lain, tergantung pada apa yang dilakukan otak? Jika kita dapat sepenuhnya menggambarkan aktivitas saraf latar belakang ini, dapatkah kita mengetahui aktivitas mental mana yang akan memanifestasikan dirinya? Mungkin Tetapi, kemungkinan besar, sifat-sifat kesadaran bekerja sesuai dengan aturan mereka sendiri, yang tidak ada pada tingkat yang lebih rendah. Misalnya, dalam kata-kata yang diikuti oleh yang lain dari satu, mungkin ada makna, dan dalam kata-kata bahwa gambaran gugup yang mengarah pada pikiran pertama memunculkan gambaran gugup yang mengarah pada pemikiran kedua, mungkin tidak masuk akal. Tanpa deskripsi pikiran, hubungan antara dua pola saraf sama sekali tidak jelas. Ini berarti bahwa cara mengatur pikiran mungkin bukan panduan terbaik tentang bagaimana mengatur otak - mungkin saja pikiran memiliki pendapatnya sendiri.
Sebaliknya, asumsi kami bahwa efek saraf hanya menggambarkan fenomena kognitif tidak diberikan, dan asumsi tentang koneksi antara neuron dan pikiran tidak dapat diambil secara dangkal. Secara pribadi, ketika saya sampai pada akhir pekerjaan saya pada neurobiologi kognitif, saya mencoba bertanya pada diri sendiri apakah saya sekarang dapat mengatakan sesuatu yang baru tentang fenomena kognitif, studi yang dinyatakan dalam karya ini tanpa menyentuh otak. Jika saya tidak bisa melakukan ini, maka mungkin pikiran itu bukan pahlawan utama dari cerita ini - itu hanya pahlawan pendukung. Prinsip ini membantu saya mengingat bahwa aktivitas saraf adalah pekerjaan pikiran dalam arti yang sama dengan titik Gabor adalah konvolusi sinusoid dengan kurva Gaussian: aktivitas saraf menjelaskan kerja pikiran dengan konsep-konsep yang benar tanpa syarat, yang pada saat yang sama dibatasi tanpa syarat.