MOZEK JAKO POČÍTAČ
PhDr. Jiří Tyl
Vyšlo v magazinu Svět počítačů (2003)
Věda, počítače a zdraví
Počítače také umožnily zásadní průlom i ve vědách o člověku: především ve výzkumu lidského mozku a lidského genomu. Jde o opravdovou revoluci, která bude v průběhu 21. století měnit naše chápání, kdo vůbec jsme, jak myslíme. Výzkum mozku a genetika slibuje vyléčit všechny nemoci a rozluštit tajemství, jak funguje naše vědomí. Začínáme tím, co mají podle současných poznatků počítač a mozek společného.
Je mozek počítač?
Je až paradoxní, kolik milionů let už homo sapiens používá mozek k poznávání všeho okolo, jen do fungování šedé kůry mozkové se nedalo do hloubky vidět – dokud nepřišly počítačové metody. Tím nechci snižovat geniální vhledy starých Řeků (hlavně Galéna a Aristotela), ani neurology předpočítačové doby, kteří objevili centra řeči, vidění atd.
Pořád však neznáme odpověď na základní hádanku. Jak lidský mozek dělá tu hlavní věc, která jej činí lidským a kvůli níž tady právě jako takový je: totiž produkuje sebeuvědomělé vědomí?
Samo vědomí (myslí si) je – po vesmíru samotném a životě vůbec – ten nejzvláštnější jev, kterým ve vesmíru existuje. Věda soudí, že vědomí je vytvářeno mozkem, což je takový malý vesmír – MIKROKOSMOS sám o sobě. 16 miliard navzájem propojených neuronů šedé kůry, skoro 100 miliard pomocných buněk bílé hmoty, a triliony jejich vzájemných vztahů: to jsou množství a složitost srovnatelné se statistikou makrokosmu.
Útěchu z naší neschopnosti – takovou složitost si jen představit, natož ji myslet – poskytl biolog Watson: Kdyby byl lidský mozek tak jednoduchý, že bychom mu rozuměli, museli bychom s takovým mozkem být tak jednoduší, že bychom nerozuměli vůbec ničemu.
Lidský mozek, mikrokosmos, je tedy nejsložitější věc hned po celém vesmíru, makrokosmu. Pomáháme si tedy metaforami, modely. Paradigma mozku bylo vždy ovlivňováno úrovní soudobé technologie. Tak před 100 lety byl mozek telefonní centrála, tehdy ještě s manuální obsluhou: podněty zastrkávaly kolíčky do dírek a vytvářely tak asociační spoje.
Ke konci 20. století se ujalo pojetí mozek = počítač. Uvážíme-li složitost mozku, je to pro počítač nezřízeně lichotivé: mozková kůra by byla megaprocesor o rozměrech 20 x 20 x 2 cm. Ale budiž: mozek je jakoby super-superpočítač. (A „do hlavy a do Windows nevidíš“, říká náš počítačový technik, když to musí zase celé přeinstalovat…)
Neurověda to precizovala: mozek je takový počítač, v němž software nezůstává jen softwarem. Software mozku ovládá i také mění hardware, který ho generuje. Naše vědomí ovládá a přetváří svůj mozek, a to pořád a neustále. Když zvedáme ruku, naše vědomí nejprve vydá povel mozkové kůře, aby spustila program zvedání ruky. Software se a také se v hardware proměňuje: když se učíme anglická slovíčka, vytváříme v každé vteřině statisíce nových spojení. Úžasné. (Naopak, když se někdo opije, zničí si ve svém mozku jedním vrzem nenapravitelně 50 000 nervových buněk!)
Hardware a software mozku
Na strukturu a funkci mozku je pohlíženo jako na realizaci mozku a mysli (každá funkce mozku je založena na strukturálních základech). To, co rozumíme mozkovou funkcí, obvykle zahrnuje rychlé, avšak pouze přechodné změny elektrické aktivity mozku, tedy aktivity, která za sebou zanechává pouze nepatrnou reziduální stopu. To, co většinou rozumíme pod pojmem mozková struktura je to, co zůstává dlouhodobě prakticky nezměněno.
Dualita struktury a funkce je podobná rozdílu mezi počítačovým hardwarem a softwarem. Na jedné straně k provozu počítače stačí jen samotný hardware, polovodičové zařízení a další příslušenství, ale aby provoz mohl generovat funkci, smysl, potřebujeme i software – operační systém. Na další úrovni stojí aplikační software. Lze sestavit celou řadu různých modulů a ve skutečnosti se jedná o jakousi interakci s okolním světem, která umožňuje navození funkčních změn v aplikačním softwaru. A dokonce existuje adaptace na to, co uživatel obvykle potřebuje. Na nejvyšší úrovni stojí fenomenologie toho, co vytváří aplikační software, což většinou bývá produkt pomíjivé kvality (např. představy). Existuje také určitá podobnost mezi neuromodulačními systémy mozku a operačním systémem softwaru počítače: neuromodulační systémy fungují neustále.
Dnešní neurověda odhaduje, že asi 80% své aktivity mozek spotřebuje na své vlastní fungování. „Supersuperpočítač mozek“ je prostě tak složitý, že musí věnovat 80% práce údržbě svého vlastního operačního systému. Čili mozek z valné většiny musí používat sám sebe proto, aby vytvářel „nás“, lidské Já, aby jej toto Já mohlo užívat. Jak složité procesy nespočitatelné množství interakcí v systému musí uskutečňovat, aby vyprodukovaly takové jevy, jako je lidské vědomí, řeč, myšlení a duch?
Řečeno počítačovým jazykem, o práci operačního systému na své sebeúdržbě vědět nemusíme a ani nemáme: jeho hladké fungování se projevuje právě tím, že o jeho existenci nevíme. Musíme se jím zabývat tehdy, když není něco v pořádku.
Jakýsi Plán plánů (dle neurochirurga Pribrama), zdrojový program, skrytý pohledu v našem nevědomí, generuje jak programy našeho vědomí, tak údržbu hardwaru. Celý den jsme zaplavováni informacemi z vnějšího okolí, na které reagujeme, kterému se přizpůsobujeme, a které se snažíme přizpůsobit. „Operační paměť“ mozku je přehlcená denními událostmi a potřebuje vyčistit (buď vymazat – delete, nebo uložit na harddisk – save). Spousta programů sice ukončila svůj úkol, ale ještě dobíhá na pozadí: z toho, co jsme zakusili, něco ukládáme do paměti, něco nového z toho plánujeme na jindy, něčeho se potřebujeme zbavit, abychom měli prostor pro nové zkušenosti a nové programy.
Údržbová směna mozku: spánek a snění
Profesor neurologie Faber konstatuje: „Máme tři základní stavy vědomí – bdělý stav, bezesný spánek, a snový spánek“.
Spánek je období, kdy mozek přerušuje vědomé spojení s okolním světem a využívá tohoto stavu k roztřídění a reorganizaci obrovského množství informací, které během dne přijal. Podle této teorie je mozek podobný počítači s rozsáhlými databankami a množstvím řídících programů. Některé z těchto programů jsou vrozené: označujeme je jako instinkty, jiné jsou získané a na základě zkušeností se nepřetržitě modifikují. Ve spánku je mozek odpojen a izoluje se od senzorických a motorických nervových drah. V tomto období se stávají různé databanky a programy dostupnými pro reorganizaci a modifikaci, která je prováděna na základě denních zážitků. Dochází k reorganizaci paměti, k aktualizaci databází v paměti (nikoli k vymazání nebo ničení informací).
Sen je podle počítačové metafory reset čili znovunastartování systému a mnoha programů. Ve snech mozek opakovaně spouští různé uklízecí programy, optimalizuje paměťové adresáře, balí data a podobně. Také ovšem upravuje a přepisuje stávající programy, a dokonce sám programuje a instaluje nový software. Sny jsou částí obrovského množství informací, které jsou tříděny a probírány v průběhu REM spánku. Nový „software“ je pak příčinou, proč je sen tak podivuhodný: provokuje svojí nepředvídatelností a proměnlivostí. V průběhu snění se mozek nakrátko opět zapojí a vědomá mysl uvidí malou část programů, které v té chvíli probíhají. Mozek se poté snaží interpretovat tyto informace stejným způsobem, jako by interpretoval podněty z vnějšího světa, čímž vznikají dějové sny, které mají charakter pseudoudálostí. Když sen skončí, mozek znovu resetuje a zase jede dál s upravenou konfigurací, která generuje nové nápady do denního vědomí.
Náš průměrný zdravý spánek, tj. asi 8 hodin, je rozdělen zhruba do 4 dvouhodinových cyklů. Každý cyklus má svoji snovou fázi, takže mozek se potřebuje resetovat víckrát za noc. Na množství rekombinací mentálních i nervových spojů, které přitom ve snech probíhají, můžeme zatím jen hádat – miliardy? biliony?
Z integrační a zároveň inovační funkce snu ovšem lze vyvodit, že klíč k tajemstvím toho, jak náš mozek funguje jako celek, jako systém, jako „mikrokosmos“, je ukryt právě ve snu. To, jak moc toho o snu – na rozdíl třeba od bdělého vědomí – nevíme, je jasný příkaz ke skromnosti: to si ještě počkáme, než budeme vědět, jak fungujeme! (Jestli…)
Úplný reset mozku, na rozdíl od počítače, je ovšem za normálních podmínek nemožný: operační systém mozku pracuje nepřetržitě, a zatímco některé programy vypíná, startují hned jiné. Takový „mikroreset“ se rytmicky vyskytuje i v době bdění, v cyklech zhruba 1,5-2 hodiny. Výskyt mikroresetu, provázeného útlumem bdělosti a tudíž poklesem pozornosti, je kritický zejména při řízení auta. Mnoho nehod si způsobují řidiči, kteří nedělají přestávky, ve chvilkách mikrospánku. (I nedokonalý snový spánek může být životu nebezpečný: riskantní mohou být náměsíčné stavy. Somnambulismus vypadá jako hluboký spánek, ale je to naopak spánkový stav velmi nedokonalý: vědomí spí, ale tělo bohužel ne.) Úplně vypnout mozek sám sebe nedokáže a také by se tím poškodil. Totální, tvrdý reset, jako jsou otřes mozku, ztráta vědomí, narkóza, ztráta okysličení, těžké intoxikace, způsobuje ztráty databází, poškození spouštění či funkce programů, v horších případech přechodné, někdy i trvalé poškození celého operačního systému.
Mozek – počítač a internet: paradigma mozku na počátku 21. století
Na počátku 21. století je třeba paradigma mozku – počítače také rozšířit o internet. Mozek je počítač, který je stále zapnutý, stále online připojený k internetu, a s vlastním chováním internetu odpovídajícím.
Samotný proces sebeřízení nervové soustavy (CNS) odpovídá modelu internetu. Internet má podivuhodnou vlastnost: ačkoli každá internetová adresa má někde svoje fyzické umístění, tato fyzická lokalizace nemá žádný význam pro přístup k adrese a informacím s ní spojeným. Ke spojení je důležitá logická adresa stránky nebo poštovní schránky – nikoli fyzické umístění. Posíláme-li zprávu, je jedno, jestli adresát je ve vedlejší místnosti nebo na opačné straně zeměkoule; nepotřebujeme vědět, kde se příslušný počítač nachází, jaký má operační systém atd. – potřebujeme znát pouze logickou lokalizaci v Síti (kyberprostoru).
Centrální nervový systém je na funkční úrovni organizován podobně. (Na rozdíl od anatomicky vázaných tělesných systémů.) Známe centrum pozornosti či řeči, avšak tato centra fungují pouze díky nepřetržité komunikaci celého kortexu. Lokální funkce může být oslabena deficitem komunikačního uzlu ve zcela jiné části, který jakoby zapomínal její logickou adresu (např. pozornost, lokalizovaná v čelních závitech, může trpět deficitem interface v závitech postranních).
Komunikace v síti probíhá nepřetržitě ve vnitřním, avšak i s vnějším prostředím, jak na úrovni vědomé, tak i nevědomé. Důkazem jsou třeba telepatické sny, kdy se člověku pravdivě zdá to, co se odehrává třeba tisíce kilometrů daleko). Stává se dokonce, že zpráva, která je určená panu X, se zdá paní Y, a ta mu o ní vypráví. „Ono to nějak dojde“ – jinak řečeno, jakmile už je informace jednou v síti, je přístupná každému, kdo je na síť napojen, a nepřetržitá komunikace ji posouvá na místo, kam má dojít.
Komunikace mozek – počítač: budoucnost bez hranic
Kontrola počítače a komunikace – Počítačové hry řízené mozkovými vlnami – Virtuální realita řízená mozkovými vlnami – „Myšlenkou ovládané“ kursory a vypínače
Využívání elektrické aktivity mozku (EEG – „mozkových vln“) ke kontrole nebo komunikaci s počítačem je aplikace, která prochází pomalým, avšak neustálým vývojem již od šedesátých let. Vědci našli signály, které se objevují kontrolovaně, a přizpůsobili jim systém komunikace. Obecně, subjekt používá „citové“ myšlenky, jako jsou „pocit světla“ nebo „zastavení myšlení“, k vyvolání žádaného rytmu. Nyní je možno vícenásobné a souběžné záznamy několika kanálů, poskytujících informace o fyziologii, získávat z přístrojů napojených na počítač. Počítače nabízejí větší kapacitu pro skladování dat, rychlé analýzy signálů a statistické analýzy, simultánní nahrávání a integraci paralelních kanálů. Uskutečnilo se tak to, co bylo ještě před několika lety pokládáno za nemožné.
Vláda ducha nad hmotou: přímé ovládání počítače myšlenkou
Vědomí, ač generované mozkem a tedy nesamostatné (zatím?) vládne vlastnímu mozku i počítačům, které vymýšlí. Vládu ducha nad hmotou zajisté dokázal v roce 1999 Institut lékařské psychologie Univerzity Tübingen, když publikoval Nástroj pro překlad myšlenek pro komunikaci mezi počítačem a mozkem.
Málokteré studii z vysoce specializovaného časopisu (Experimental Brain Research) se dostane takové pozornosti médií. Psycholog prof. Birbaumer využil tzv. pomalé kortikální potenciály k proslavenému psaní textu myšlenkami, řídícími kursor. Pomocí počítačové zpětné vazby, zvané EEG biofeedback, naučil totálně ochrnuté pacienty po autonehodách apod. ovládání čisté aktivity mozku tak účinně, že pouze silou myšlenky, pohybující kursorem, mohli vybírat písmena abecedy, potřebná k napsání dopisu. Výsledky ukázaly, že rychlé a stabilní sebekontroly lze dosáhnout prostřednictvím EEG biofeedbacku, bez zapojení jakékoli svalové aktivity. Získané dovednosti umožňují pacientům komunikovat, dokonce i ve stavech bez možnosti změny. Mnoho lidí bude v příštích letech za své navrácené schopnosti vděčit zpětnovazebné komunikaci člověka s přístrojem a se sebou pomocí přístroje, který jim umožní vidět nebo regulovat aktivitu včetně nervového systému. Kolika pacientům takové pomůcky umožní alespoň komunikovat z vězení ochrnutí?
Přímá komunikace mysl – počítač v sobě obsahuje nedohledné možnosti. Jestliže umožňuje komunikovat ochrnutým, co všechno nabídne zdravým při ovládání sebe, a objevování vesmíru?
Tzv. interakce mozek-počítač (brain-computer interaction, BCI) zatím využívá zpětné vazby EEG. Volní ovládání EEG má své meze – současné metody BCI mají maximální přenosovou rychlost 5–25 bytů za minutu. Nicméně jsme jenom na počátku využití tohoto principu. První kalkulátory na tom nebyly o moc lépe. To, že v čele výzkumu BCI jsou takové špičky soudobé neurofyziologie, jako je profesor Pfurtscheller z univerzity ve Štýrském Hradci, je příslibem. Možná za několik desítek let bude možno zachycovat myšlenkové operace přímo u zdroje…
Budoucnost již nastala: teleterapie
Na výroční konferenci Asociace pro aplikovanou psychofyziologii a biofeedback 2001 bylo velmi úspěšně demonstrováno několik modalit „telemedicíny“, tj. sledování výkonu na dálku. Konference se odehrávala v Severní Karolině. Pacientka seděla před počítačem v Kalifornii, 4 000 km daleko.
Publikum bylo vzrušeno bezztrátovým fungováním odezvy zpětné vazby při internetovém spojení kabelovým modemem; 100 psychologů a lékařů vidělo a slyšelo pacientku na 4 metrové LCD obrazovce prostřednictvím webkamery připevněné na počítači. Přenos se opožďoval pouze při přenosu obrazovek počítačů (o 1 vteřinu). Demonstrace ukázala, že modality biofeedbacku nevyžadující rychlou obnovovací frekvenci (EMG, termální atd.) se snadno vejdou do šíře pásma internetu. EEG přes internet je omezeno na dva kanály.
Oboustranná audio-video komunikace byla zajišťovaná standardním programem NetMeeting, biofeedback program šel přes internetový software TeleVital. Pacientka byla napojena do okruhu zpětné vazby přes seriový port svého počítače. (TeleVital v současnosti pracuje s přístroji již několika výrobců. Všechna data jsou zpracována přes internetovou stránku včetně ukládání, takže jsou kdykoli dostupná.) Terapeut měl k dispozici údaje o fyziologických hodnotách a rychlosti změny, a mohl je bezprostředně ovlivňovat.
Technologie je zvláště užitečná pro oblasti odlehlé od center, a pro specifické zdravotní obtíže, na které je málo specialistů. Perspektivní aplikace jsou ve školách, na pracovišti, v podmínkách léčebných či výchovných ústavů, kde mohou přes síť optických kabelů být připojeny desítky lidí zároveň a dostávat denní trénink z jednoho „velínu“. TeleVital plánuje zprostředkovat program jak odborníkům, tak pacientům za dostupnou cenu.
Rozvoj počítačové technologie umožnil masové rozšíření i technologicky nejnáročnějších forem biofeedbacku, jako je EEG biofeedback, i práci s více zpětnými vazbami zároveň – multifeedback. Vývoj biofeedbacku zdaleka není ukončen – jak přibývá diagnostických metod, jsou nacházeny i způsoby, jak diagnostikované veličiny zapojit do signálu zpětné vazby.
Proces biofeedbacku je založen na funkčním přístupu. Vlastnosti neuromodulačních systémů člověka však nejsou neměnné, např. vlivy prostředí mohou vyvolat změny neuromodulační funkce. Člověk se postupně může stát nadměrně bdělým nebo se u něj naopak může objevit deprese či úzkost. A také se na druhé straně může dostavit „spontánní“ uzdravení z deprese, což by mohlo být jednoduše interpretováno jako autonomní normalizace neuromodulačních funkcí.
Náš přední neurolog prof. Faber tvrdí, že jakýkoli výrok o mozku je pravdivý, protože mozek je tak složitý, že o něm může platit všechno.)
Že svůj mozek používáme málo, je velmi relativní – jak kdo a jak k čemu. S ostatními částmi našeho těla můžeme srovnat hranice rozvoje mozku jen z negativní stránky. Když nějaký sval nebo mozkové centrum vůbec neužíváme, zakrní. S hlediska rozvoje je to složitější: k čemu, jak a kolik užívat svaly, to říci můžeme. Hranice svalu jsou jasně dány a otestovány třeba sportovními rekordmany. Ale hranice mozku…?
Jedna z funkcí, které (zatím?) máme k dispozici nevědomě, intuitivně, systematicky pak pouze výjimečné osoby, je tzv. nadvědomí. Podle těch, kteří s nadvědomím pracují, už nejde jen o sféru individuálních schopností. Nadvědomí je napojeno na „světové vědomí“, na všudypřítomnou komunikační síť mezi lidskými bytostmi, jako počítač na internet.
Ve sféře nadvědomí je pozoruhodné, že hranice individuality ustupují do pozadí.
Multitasking
Mozek provádí mnoho operací souběžně. Tato schopnost byla pojmenovaná neurovědci jako větvení („branching“), protože rozděluje mentální úkoly a příslušné mentální zdroje, jako strom dělí větve. Větvení je životně nezbytnou funkcí nejenom pro rozhodovací proces, ale pro jakoukoli formu „multitasking“ (pojem převzatý z počítačové řeči, vyjadřující řešení více úloh v jednom čase), jako např. mluvení při vaření nebo poslouchání rádia při řízení auta. Výzkumníci zjistili, že jediné části mozku, které jsou aktivní, když se subjekt musí dočasně odchýlit od hlavního úkolu, aby řešil souběžně druhý úkol, je fronto-polární prefrontální kortex (FPPC) bilaterálně. Schopnost počítačů řešit více úloh zároveň je možná zatím nejvýznamnějším přiblížením techniky k nejvyšším funkcím mozku.
Mentální management
V dnešní době jej charakterizuje význačná afinita k počítačům a Internetu, světu virtuálních fantazií a spekulací. Strategické počítačové hry evidentně podporují schopnost abstraktních mentálních operací i jejich introspektivního uchopení.
Počítačovou zpětnou vazbou (EEG biofeedback) lze posilovat naše vědomé funkce, ale také nastolit vyrovnání vědomí s nevědomím. V takovém stavu může neverbální pravá strana mozku manifestovat svůj symbolický rezervoár informací vědomějším způsobem a bez zásahů levostranné verbální části mozku. Pravá hemisféra obsahuje podstatu zkušeností a informací v takové formě, která se podobá způsobu, jakým kompilující program počítače přebírá zdrojový kód a přeměňuje jej na příkazy, které je počítač schopen vykonat. Každý obrázek má hodnotu sta slov (nebo možná i milionu). Představy vztahující se k bolestným zážitkům se takto dostanou na povrch a pak mohou být integrovány z perspektivy vědomé, terapeutem posilované mysli.
Zkuste na minutu zavřít oči a představovat si, že stojíte s autem před semaforem, na kterém svítí najednou červená i zelená – můžeš i nesmíš zároveň. Jak se po té minutě cítíte? Jako v blázinci? Ochrnuti? Velmi správně. Experimentální zvířata a počítače v takové situaci kolabují. Člověk to kupodivu nějak přežije. („Nějak“ – přežít to dobře moc nejde, jak lze vidět na spoustě tzv. psychosomatických poruch.)
Výzkum, který provádějí psychologové z univerzity Tübingen v Německu, zjistil, že lidský mozek se přímo před našima očima citelně mění. Např. člověku otupují jeho nejstarší, živočišné smysly – čich a chuť. Umíme rozeznat méně chutí a méně věcí nám voní. Třeba radioaktivní plyn radon pes cítí, člověk ne: i když mozek savců je skoro stejný – skoro, až na přední závity, kde sídlí vědomí a duch.
Vzdalujeme se tedy od našich zvířecích příbuzných. A kam? Lidský mozek se více „kortikalizuje“, funkce mozkové kůry stále více přetlačují např. starý čichový mozek. Výzkum zjistil, že se liší mozky lidí narozených do roku 1949 („starý mozek“), v letech 1949 – 69 („modifikovaný mozek“), a po roce 1969 („nový mozek“).
Nový mozek se chová více jako počítač, ke kterému je s oblibou přirovnáván. Je schopen uchovat mnohem větší množství logických informací, vytváří pro ně adresáře, funkce jednotlivých center se více „osamostatňují“.
Je to jen náhodná shoda, že první zjištěná modifikace mozku se časově shoduje s objevením UFO, a druhá s přistáním na Měsíci, prvním vstupem člověka na mimozemské těleso? Moc bych se divil. Psychoanalýza na náhody nevěří. Spíše myslím, že se – nenápadně, ale nezvratně – člověk připravuje. Na svoji cestu mimo Zem.