<  1  2  3  4  5  6  7  8  9  10  11  12

Maszyny myślące

Neuro-specjaliści poczynili wiele starań, aby poznać anatomię i fizjologię ludzkiego mózgu. Z ich osiągnięć korzysta obecnie wielu specjalistów zajmujących się sztuczną inteligencją lub bardziej uniwersalną nauką kognitywną (poznawczą) zwaną kognitywistyką, związaną z umysłem uniwersalnym, nie tylko przynależnym ludzkiemu mózgowi, ale stanowiącym pewne uniwersum, z możliwością implementacji także i w innych środowiskach, jak na przykład w maszynie. Maszyna myśląca (thinking machine lub intelligent machine lub też thinking engine, najlepiej w skrócie thinker) - to jest nowe wyznanie, jakie stoi przed człowiekiem.

Spis treści

• Pojęcie inteligencji
• Intuicyjne rozumienie inteligencji
• Definicja inteligencji
• Sztuczna inteligencja
• Cechy inteligencji
• Proces myślenia
• Samoświadomość
• Poznanie myśli ludzkiej
• Badania mózgu człowieka
• Wybrane aspekty anatomii i fizjologii mózgu
• Neurony
• Komórka nerwowa
• Komórka glejowa
• Narodziny komórek nerwowych i glejowych
• Podstawowe części składowe mózgu
• Istota biała
• Istota szara
• Kora mózgowa
• Typowy rozkład rodzajów neuronów w poszczególnych warstwach kory
• Opis kory mózgowej
• Podział kory mózgowej na pola Brodmanna
• Elektroniczny odpowiednik kory mózgowej
• Układ autonomiczny
• Wzgórze
• Hipokamp
• Jądra podstawne
• Modelowanie sztucznej inteligencji - systemy hybrydowe
• Myśląca maszyna - "Thinker"
• Ogólne założenia projektowe myślącej maszyny "Thinker"

Pojęcie inteligencji

Najbardziej interesującą i godną poznania cechą ludzkiego mózgu jest inteligencja. Już od dość dawna zastanawiano się, czy są w mózgu ośrodki odpowiedzialne za inteligencję, lub być może inteligencja jest efektem działania całego mózgu.

Przed wgłębieniem się w tajniki anatomiczne i fizjologiczne ludzkiego mózgu w celu poszukiwania w nim inteligencji należy postawić sobie pytanie - co oznacza samo pojęcie inteligencja?

Intuicyjne rozumienie inteligencji

Wydaje się nieraz człowiekowi, że wie o co chodzi, słysząc lub czytając pewne słowo. Okazuje się, że wystarcza mu, aby posiadał pewną, bliżej nie sprecyzowaną wiedzę związaną z tym słowem, aby potrafił się nim prawidłowo posługiwać oraz stosować w różnych procesach myślowych i to w dowolnym kontekście. Gdy przychodzi jednak określić jednoznaczną definicję pojęcia związanego z tym słowem, ma pewne trudności. W zależności od osoby, definicja ta jest inna. Okazuje się, że powstaje ona dopiero w wyniku procesów myślowych człowieka w oparciu o jego zasoby poznawcze zgromadzone w pamięci w ciągu życia. I taki przypadek mamy ze słowem inteligencja.

Definicja inteligencji

Ogólnie inteligencję można określić, jako zdolność człowieka do przystosowywania do zmieniających się warunków otoczenia lub też jako zdolność do rozumienia otaczających sytuacji i znajdowania na nie właściwych reakcji. Można też określić inteligencję, jako umiejętność korzystania ze zdobytej wiedzy w różnych sytuacjach życiowych.

Kolejne definicje inteligencji mogą odnosić się także do metod, jakimi się ona posługuje. Mogą to być: analiza, uogólnianie, abstrakcja, tworzenie, uczenie się, rozpoznawanie obiektów w dowolnym kontekście, zdolność do wyższych przeżyć emocjonalnych.

Sztuczna inteligencja

Powiązanie inteligencji z materią nieożywioną daje pojęcie sztucznej inteligencji (ang. Artificial Intelligence lub w skrócie AI). Pojęcie to, jak w przypadku samej inteligencji, nie ma również jednobrzmiącej definicji.

AI może być utożsamiane z pewną własnością maszyn, które przeszły proces nauki ludzkich zachowań, w szczególności ludzkiego rozumowania.

Definicja AI może również zawierać konkretną metodę, przy pomocy której uzyskano upodobnienie funkcjonalne maszyny do człowieka. Taką metodą może być na przykład wnioskowanie symboliczne w symbolicznej reprezentacji wiedzy (rozumowanie wzorowane na wnioskowaniu). Wadą takiej definicji jest ujawnienie konkretnego sposobu implementacji AI i ograniczenie się w ten sposób do jednego rozwiązania.

Bez względu na niejednoznaczność pojęcia inteligencja lub sztuczna inteligencja, nie przeszkadza to jednak, jak wspomniano powyżej, aby prawidłowo używać te pojęcia w wypowiedziach. Każdy rozumie je w sposób intuicyjny, a dla intuicji nie jest wymagana dokładna definicja, ale bardziej kategoryzacja.

Cechy inteligencji

Jak można zauważyć, najważniejszą rolę w istnieniu inteligencji pełni bez wątpienia wiedza i umiejętność korzystania z tej wiedzy. Musi też być pewien element dodatkowy - działanie, chociażby dlatego, aby inteligencja mogła być gdzieś eksponowana i przez to istniała możliwość jej oceny (na przykład w kontakcie: człowiek-człowiek, człowiek - maszyna).

Okazuje się jednak, że zdolność do posiadania wiedzy oraz umiejętność korzystania z niej, jak i umiejętność działania znane są też komputerom, którym przez samo posiadanie tych cech, wcale nie przypisuje się inteligencji. Inteligencja musi odznaczać się jeszcze dodatkowymi, wyjątkowymi cechami, które umiejscawiają do tej pory człowieka wyżej niż maszyny liczące. Tymi cechami są chociażby: myślenie, rozumienie i uświadomienie własnego istnienia (samoświadomość). Powstaje pytanie, co to są za cechy i czy jest jakieś przełożenie tych cech na maszynę?

Proces myślenia

Wydaje się, że myślenie można by emulować (imitowanie sposobu działania) wnioskowaniem w symbolicznej bazie wiedzy. Istnieje nawet pewna analogia między myśleniem, a wnioskowaniem. Człowiek realizując zachowanie inteligentne sterowany jest myśleniem, natomiast maszyna wnioskująca sterowana jest wnioskowaniem, które nazywa się wnioskowaniem maszynowym.

Zarówno myślenie, jak i wnioskowanie maszynowe przebiegają w przestrzeni symbolicznej. Produktem wnioskowania maszynowego są rozwiązania postawionego problemu i, być może, nowe fakty otrzymane z reguł, natomiast produktem myślenia są rozwiązania postawionego problemu i, również być może, nowe pojęcia powstałe w trakcie procesu myślenia.

Aby z procesu wnioskowania maszynowego uzyskać proces myślenia, należałoby wnioskowanie maszynowe (na przykład progresywne, regresywne lub mieszane) wzbogacić o dodatkowe możliwości (wbudowane w system) takie jak: synteza, analiza, porównywanie, abstrahowanie, uogólnianie, łączenie, które są charakterystyczne dla myślenia ludzkiego.

Myślenie ma też dodatkowe cechy jak wielowątkowość. Ponadto może być one świadome lub nieświadome. Myśleniu świadomemu towarzyszy odczucie świadomości.

W odróżnieniu od myślenia nieświadomego,które może przebiegać równolegle po wszystkich wątkach myśli, myślenie świadome związane jest z jednym (bieżącym) wątkiem myśli.

Myślenie świadome wymaga koncentracji uwagi na jednym wątku myśli, a pozostałe wątki są zawieszone. Ponadto myślenie świadome jest czasowo-sekwencyjne.

Jeżeli coś zakłóci bieżący tok myślenia świadomego, wówczas dany wątek myśli świadomej zostaje zawieszony (przekazany do pamięci), po czym następuje związanie świadomości z nowym wątkiem w ramach przyczyny zakłócającej.

Bardzo często mamy trudności w przywołaniem do świadomości odłożonego w pamięci wątku w celu jego dalszej kontynuacji. Uważamy, że jest to efektem naszego zapomnienia i wybieramy wątek zastępczy. Nie oznacza to jednak, że sprawa utraconego wątku zostaje definitywnie zakończa. W czasie, gdy realizujemy wątek zastępczy, procesy podświadome robią starania, aby odnaleźć zagubiony wątek. Gdy się to stanie, zostaje nam to nagle przekazane (przywrócone do naszej świadomości) w formie przypomnienia i wtedy mniej ważny wątek zastępczy odkładamy, aby dalej kontynuować wątek zagubiony. Widać tutaj dużą analogię pomiędzy sposobem podziału czasu procesora komputera na obsłużenie oddzielnych wątków programu lub innych równoległych procesów, a wątkowym sposobem myślenia człowieka.

Myśl nieświadoma może prowadzić do nieświadomego rozwiązania nurtującego nas problemu, które to rozwiązanie dociera do naszej świadomości nagle. Jednakże etap dochodzenia do rozwiązania jest ukryty przed naszą świadomością i niedostępny introspektywnemu poznaniu.

Nasze świadome myślenie polega na świadomym lustrowaniu naszej wiedzy symbolicznej w celu poszukiwania rozwiązania problemu. Występuje tu, jak wspomniano wcześniej, również pewna analogia między świadomym myśleniem a wnioskowaniem w bazie wiedzy systemu komputerowego.

Takie cechy myślenia, jak abstrahowanie, uogólnianie, pojęcia, symbole, skupienie uwagi, mają bardzo duże znaczenie w naszym życiu. Dzięki nim możemy uwolnić się od dużego natłoku informacyjnego, jaki napływa do nas z zewnątrz. Pozwala wybrać to, co ważne, a odrzucić co nieważne.

W technice komputerowej baza wiedzy stosowana we wnioskowaniu maszynowym może posiadać reprezentacje: regułową, logiczną, semantyczną, ramową, obiektową, itd. Podstawową cechą tych reprezentacji jest hierarchniczna struktura umożliwiająca budowanie drzew rozwiązań. Szczególnie to widać przy reprezentacji semantycznej, której kocepcję opracował M. Ross Quillian w roku 1963 opierając się na asocjacyjnym modelu pamięci człowieka. Warto zauważyć, że już kilka lat wcześniej bo w roku 1960 Tony Buzan, jeden z największych światowych autorytetów z dziedziny mózgu i technik uczenia się, opracował pojęcie mapy myśli, jako sposób zorganizowania wiedzy w postaci shierarhizowanej struktury pojęć z wykorzystaniem symboli. Podobną koncepcję zaproponował Joseph D.Novak, który w roku 1970 w trakcie badań nad efektywną reprezentacją wiedzy na Uniwersytecie Cornella w stanie Nowy Jork w Ameryce opracował podobną koncepcję pod nazwą mapy pojęć. Cechy myślenia człowieka, jak uogólnianie, porównywanie, łączenie, abstrahowanie, synteza, analiza również skłaniają nas do reprezentacji hierarchicznej.

Samoświadomość

Inna cecha inteligencji - rozumienie - może być emulowana (imitowanie sposobu działania) semantyką, lecz taką cechę inteligencji, jak świadomość własnego istnienia (samoświadomość), trudno jest na razie zdefiniować, a co dopiero emulować. Być może jest ona odpowiednikiem utrzymywania się stałego pobudzenia w korze mózgowej będącego wynikiem współdziałania pobudzeń pochodzących zarówno od ośrodków czuciowych (wzroku, słuchu, czucia, itd.) zlokalizowanych w korze sensorycznej, pamięci bieżącej (operacyjnej) płata przedczołowego, jak i bufora pamięci tymczasowej (hipokampa) w płacie skroniowym odbieranego w sposób subiektywny, jako możliwość koncentracji uwagi, realizacji mowy wewnętrznej, postrzegania wrażeń i czasu. Być może podana definicja samoświadomości jest trochę skomplikowana, ale po analizie poszczególnych fragmentów tej definicji, może stać się bardzo pomocna i ukierunkować nasze poszukiwania.

Poznanie myśli ludzkiej

Myślenie jest czynnością umysłową, dzięki której poznajemy rzeczywistość w sposób pośredni. Natomiast rzeczywistość w sposób bezpośredni poznajemy przy pomocy spostrzegania.

Inaczej mówiąc, spostrzeganie jest procesem bezpośrednim poznawania rzeczywistości, a myślenie jako proces pośredni powstaje na jego podstawie.

Baza zgromadzonej wiedzy składa się z elementów procesu bezpośredniego poznawania rzeczywistości (spostrzegania) oraz z elementów procesu pośredniego poznawania rzeczywistości (myślenia). Narzędziem myślenia jest mowa.

Na całość procesu myślenia składa się szereg operacji myślonych.

Podstawowe operacje myślowe to:

1. Analiza - czyli wszelki proces rozczłonkowywania poznawanej rzeczywistości na elementy składowe.
2. Synteza - czyli wszelki proces scalania elementów poznawanej rzeczywistości.
3. Porównywanie - to operacje zestawienia ze sobą przedmiotów, zjawisk lub sytuacji, a następnie ujmowania różnic i podobieństw między nimi.
4. Abstrahowanie - umiejętność "oderwania" dawnej właściwości rzeczy, zjawiska lub sytuacji, a jednocześnie pomijanie innych cech.
5. Uogólnianie - polega na ujmowaniu właściwości wspólnych dla jakiejś grupy rzeczy i zjawisk.

Procesem ściśle powiązanym z myśleniem jest rozwój mowy i języka.

Mowa określana jest często jako narzędzie myślenia. Mowa pozwala na analizowanie rzeczywistości. Współdziała więc z spostrzeżeniem, które dzięki mowie jest bardziej dokładne.

Można powiedzieć, że system operacji człowieka składa się z bazy wiedzy, na którą składają się elementy spostrzeżeń oraz elementy myślenia. Operacje myślenia to:

- synteza analiza,
- porównywanie,
- abstrahowanie,
- uogólnianie.

Narzędziem myślenia jest mowa.

Jeżeli jednostkę ludzką zastąpimy systemem, to mamy następujące możliwości:

1. W przypadku pojawienia się na wejściu systemu nowego zjawiska.

   Odpowiedź systemu jest następująca: proces poznawczy polegający na porównaniu i zestawieniu ze zjawiskami pamiętanymi w celu znalezienia różnic i podobieństw.

2. W przypadku pojawienia się na wejściu dwóch zjawisk.

Odpowiedzią systemu będzie porównianie i zestawieniu ich ze sobą.

W wyniku porównania, w przypadku 1/ i 2/, ma nastąpić klasyfikacja i wykazanie znajomości cech przedmiotu lub elementów danego zjawiska i stosunków pomiędzy tymi elementami. Jeżeli system nie będzie w stanie wyodrębnić te cechy, nie będzie zdolny do przeprowadzenia pełnego porównania.

Proces Analizy.

Myślowe rozdzielenie, rozczłonkowanie przedmiotu lub zjawisk na poszczególne elementy składowe lub momenty danej sytuacji. Dzięki analizie oddzielamy ze złożonego zjawiska związki istotne od przypadkowych (elementy właściwe od niewłaściwych).

Proces Syntezy.

Synteza, proces odwrotny do analizy polega na myślowym łączeniu elementów wydzielonych przez analizę.

Wspólne wykorzystanie Analizy i Syntezy

Analizując problem rozdzielamy go na poszczególne elementy, a tworząc z nich dzięki syntezie nowe całości, gromadzimy dane do jego rozwiązania.

Abstrakcja

Abstrakcja to wydzielanie lub wydobywanie jakiejś istotnej cechy danego zjawiska lub przedmiotu i oderwanie jej od pozostałych cech. Rozpatrując jakikolwiek przedmiot można abstrahować od jego kształtu, a wyróżnić barwę lub odwrotnie. Mówimy wtedy o prymitywnej formie abstrakcji - abstrakcji zmysłowej. Od tej formy abstrakcji należy odróżnić formę wyższą, która prowadzi do pojęciowego ujmowania rzeczywistości, do pojęć abstrakcyjnych.

Proces Uogólnienia.

Polega na odrzuceniu cech specyficznych, jednostkowych, a zachowaniu tylko tych , które są wspólne różnym przedmiotom.

Rola abstrakcji i uogólnienia.

Abstrakcja i uogólnienie prowadzą do poznania obiektywnej rzeczywistości w jej właściwych związkach i  prawidłowości, a samo poznanie odbywa sie przez pojęcia, sądy i rozumowanie.

Przebieg myśli po sieci symboli (heurystyka). Wnioskowanie wstecz i w przód.

Wnioskowanie w przód.

Na podstawie dostępnych reguł i faktów należy generawać nowe fakty tak długo, aż wsród wygenerowanych faktów znajdzie się poszukiwany cel (hipoteza). Podstawową cechą tego sposobu wnioskowania, jest możliwość zwiększania ich liczby.

Wnioskowanie wstecz.

Wnioskowanie to jest odwrotnym procesem niż wnioskowanie w przód. Polega na wykazaniu prawdziwości hipotezy głównej na odstawie prawdziwości przesłanek. Jeśli nie wiemy, czy jakaś przesłanka jest prawdziwa, to traktujemy tę przesłankę jako nową hipotezę i próbujemy ją wykazać Jeżeli w wyniku takiego postępowania zostanie wreszcie znaleziona reguła, której wszystkie przesłanki są prawdziwe, to konkluzja tej reguły jest prawdziwa. na podstawie tej konkluzji dowodzi się następną regułę, której przesłanka nie była poprzednio zbadana,itd. Postawiona hipoteza jest prawdziwa, jeśli wszystkie rozważone przesłanki dadzą się wykazać.

Uwaga!

System pozbawiony wnioskowania nie jest w stanie zastosować posiadanej posiadanej wiedzy, po prostu nie działa.

Efektywność procesu myślowego zależy od sprawnego przebiegu procesów składowych: analizy i syntezy informacji, uogólniania, abstrahowania, uwagi i pamięci.

Badania mózgu człowieka

Poznając poziom organiczny układu nerwowego specjaliści rozpoczęli od szczegółowego badania anatomii i fizjologii człowieka. Pierwszym ich spostrzeżeniem było to, że umysłowe zdolności człowieka wynikają z funkcjonowania jego mózgu, będącego centralnym organem zarządzających pracą całego organizmu i w ten sposób ograniczyli zakres dalszych poszukiwań inteligencji człowieka do ok. 1.3 kg jego ciała.

Badanie działającego mózgu zamkniętego w kości czaszki i osłoniętego dodatkowo trzema oponami było na owe czasy niemożliwe. Zbierano więc dane dotyczące wpływu przypadkowych urazów różnych części mózgu na zachowanie człowieka, a także prowadzono bardziej zakrojone badania, lecz już inwazyjne, dotyczące mózgów zwierząt. Zauważono zależność lokalizacji urazu od wywołanych dysfunkcji w zachowaniu człowieka.

Dokonano umownego podziału kory mózgu na 52 pola (pola Brodmanna) i sporządzono płaskie mapy kory mózgu odkrywające także szczegóły ukryte w jego bruzdach. Pozwoliło to na jednoznaczne określanie lokalizacji mózgu w materiałach badawczych i w ten sposób na łatwą wymianę spostrzeżeń między specjalistami.

Zauważono, że sumaryczną czynność bioelektryczną różnych obszarów kory mózgowej można badać za pomocą rejestracji potencjałów na skórze głowy (elektroencefalogram lub w skrócie EEG) i diagnozować w ten sposób nieprawidłowości funkcjonowania kory mózgowej.

Przy okazji operacji na otwartym mózgu przeprowadzono próby podrażniania słabym prądem elektrycznym różnych okolic odkrytej kory i rejestrowano reakcje pacjentów. Dokonano w ten sposób przypisanie różnym polom kory związanych z nimi funkcjonalności. Podrażnienie prowadziło do chwilowego zniesienia lub pobudzenia funkcji związanej z wybranym polem kory. Zauważono również istnienie asocjacyjnych połączeń pomiędzy odległymi polami korowymi realizującymi współzależną funkcjonalność. Oznaczało to, że nie zawsze drażnione pole było źródłem pewnej funkcjonalności, a jedynie miejscem połączenia z polem funkcjonalnym położonym gdzieś indziej.

Początkowo, w dobrej wierze udzielenia pomocy cierpiącym, przecinano operacyjnie połączenia nerwowe pomiędzy półkulami mózgowymi (zabieg komisurotomii) polegające na przecięciu połączeń spoidłowych: spoidła wielkiego zwanego ciałem modzelowatym, spoidła przedniego i tylniego. Uniemożliwiono w ten sposób przenoszenie się wyładowań bioelektrycznych z jednej półkuli na drugą. Po takich zabiegach zauważono, że obie półkule mózgowe pracują niezależnie.

Badania nad rozdzielonym (zabiegiem komisurotomii) półkul mózgowych doprowadziły do kolejnych spostrzeżeń, że występuje nie tylko asymetria anatomiczna, ale i czynnościowa pomiędzy prawą i lewą półkulą (lateralizacja czyli stronniczość).

Zauważono również inne cechy półkul mózgowych, jak funkcjonalną specjalizację każdej z półkul, występowanie dominacji jednej półkuli nad drugą (typowo lewej nad prawą), wpływ uszkodzenia w jednej półkuli na zmianę aktywności w drugiej oraz przejmowanie funkcji zniszczonych ośrodków w jednej półkuli przez ośrodki w drugiej (kompensacja). Taki wpływ jednej półkuli na drugą lub ich wzajemna współpraca była możliwa właśnie poprzez połączenia spoidłowe.

Przecinano również operacyjnie połączenie kory przedczołowej ze strukturami podkorowymi mózgu (wzgórza, podwzgórza). Taki zabieg nosi nazwę lobotomii (leukotomii). Rozdzielano w ten sposób korę przedczołową od ośrodków odpowiedzialnych za zachowanie emocjonalne (częścią układu limbicznego - podwzgórze, wzgórze, ciało migdałowate). Spodziewanym efektem była pooperacyjna łagodność zachowania, ale efektem ubocznym było całkowite i trwałe zniesienie emocjonalności i związanej z nią motywacji działania, co w gruncie rzeczy powodowało nieodwracalne braki w funkcjonowaniu organizmu.

Zamiast trwałego, operacyjnego przecinania różnych dróg nerwowych w mózgu stosowano też chwilowe wyłączenie obszarów korowych środkami chemicznymi na przykład poprzez wstrzykiwanie do układu naczyniowego tych obszarów słabego roztworu barbituranu - soli sodowej amytalu (próba amytalowa).

Badano też różne substancje chemiczne (neuroprzekaźniki lub neurotransmitery), które są syntetyzowane w neuronach, przechowywane w pęcherzykach synaptycznych i uwalniane z nich do szczelin synaptycznych podczas pobudzania tych neuronów, zapewniając przenoszenie się tego pobudzenia do innych neuronów <<szczegóły>> poprzez oddziaływanie z odpowiadającymi receptorami błonowymi. W ten sposób neurony okazały się doskonałymi fabrykami związków chemicznych, a wśród syntetyzowanych substancji można wymienić: acetylocholinę, adrenalinę i noradrenalinę, serotoninę, histaminę, dopaminę i wiele innych. Badano również, które ośrodki mózgu są wyspecjalizowane w ich wytwarzaniu oraz jakie te związki mają znaczenie dla funkcjonowania mózgu.

Zauważono efekt kasowania wpisów pamięciowych (dla pamięci krótkotrwałej - operacyjnej) pod wpływem prądu elektrycznego i na tej podstawie powiedziono elektryczny, a nie trwały zapis w tej pamięci.

Nauczono się dokonywać wizualizacji struktur anatomicznych mózgu wykorzystując zjawisko rezonansu magnetycznego w jądrach atomów wodoru cząsteczek wody zawartej w mózgu (MRI) oraz wizualizacji aktywności różnych obszarów mózgu przy pomocy badania zmian przepływu krwi przez mózg na wskutek różnicowania się  procesów metabolicznych w neuronach w zależności od ich aktywności (PET - obrazowanie emisji wtórnej wywołanej anihilacją dodatnich elektronów, zwanych pozytronami, uwalnianych przez substancje radioaktywne, o bardzo krótkim okresie rozpadu, wprowadzone do krwioobiegu).

Opracowano metodę podrażniania kory mózgowej słabym prądem w sposób bezinwazyjny (bez otwierania czaszki - metoda przezczaszkowa) poprzez stymulację magnetyczną (TMS), polegającą na indukcji prądu elektrycznego w obwodach neuronalnych pod wpływem zmiennego pola magnetycznego.

Jak wynika w powyższego przeglądu technik i sposobów badań, mózg należy do organów człowieka, na którym dokonano najwięcej różnorodnych eksperymentów w celu poznania jego anatomii i funkcjonowania.

Zgromadzona w ten sposób wiedza o mózgu urosła do takich rozmiarów, że trudno jest ją objąć jednym umysłem, a co dopiero powiązać z inną wiedzą, taką jak informatyka, w celu opracowania rozwiązań programistycznych wzorujących się na funkcjonowaniu mózgu człowieka.

Ludzie nie wtajemniczeni w tą komplementarną (dopełniającą się lub wzajemnie uzupełniającą się) wiedzę są skłonni ustawicznie twierdzić, że jest to niemożliwe.

Wybrane aspekty anatomii i fizjologii mózgu

Jeżeli rozpatrzymy budowę mózgu człowieka na pewnym poziomie ogólności, to nie jest ona zbyt skomplikowana. Lecz nie wystarczy samo poznanie tej konstrukcji, trzeba ją zrozumieć. Poznanie budowy wraz ze zrozumieniem zajmuje mniej więcej pół roku codziennego studiowania.

Na wstępnie postawmy hipotezę, że inteligencja nie jest efektem działania całego mózgu, tylko pewnych zlokalizowanych jego obszarów. Powstaje wówczas pytanie. Które elementy mózgu człowieka są takie wyjątkowe, odróżniające mózg ludzki od mózgów innych zwierząt i będące przyczyną niezwykłej dominacji gatunku ludzkiego na ziemi oraz źródłem wysoko rozwiniętej inteligencji, która nie tylko wywyższyła człowieka ponad inne zwierzęta, ale stała się też przyczyną niezwykłego rozwoju cywilizacyjnego na ziemi.

Szczegółowa budowa i funkcjonowanie poszczególnych struktur mózgu jest bardzo skomplikowana. Nie na darmo mózg zaliczany jest do najbardziej skomplikowanych organów człowieka. Na szczęście człowiek analizując tak szczegółową informację, jaka występują w opisie anatomii i fizjologii mózgu, posługuje się inteligencją, która w przypadku tak dużego natłoku informacji, nakazuje posiłkować się w procesie myślenia abstrakcją, porównywaniem, pomijaniem i uogólnianiem. Abstrakcja polega na wybieraniu istotnych cech jakiejś rzeczy z pomijaniem cech nieistotnych, pomijanie na odrzucaniu rzeczy nieistotnych, a uogólnianie na kategoryzacji i przysłanianiu szczegółów.

Neurony

Mózg zbudowany jest z dwóch rodzajów komórek: neuronów i komórek glejowych. Zasadniczą rolę pełnią neurony bo przetwarzają impulsy nerwowe. Pomimo tego, że komórki glejowe nie przetwarzają impulsów nerwowych, są one bardzo ważne między innymi do podtrzymania pracy i życia neuronów. Stanowią mianowicie łącznik pomiędzy neuronami a naczyniami krwionośnymi (bezpośredni kontakt neuronów z krwią jest dla neuronów zabójczy). Ponadto komórki glejowe tworzą substancję nośną dla konstrukcji całego mózgu i elektroizolacyjną obudowę dla neuronów. Posiadają również inne funkcje, jak żerną dla zniszczonych neuronów. Komórek glejowych jest więcej niż neuronów.

Neurony i komórki glejowe są z wyglądu podobne (glejowe mniejsze). Jednak neuron w odróżnieniu od komórki glejowej posiada jedną wyróżnioną wypustkę znaną aksonem (neurytem), którą odprowadzane jest pobudzenie z ciała neuronu do następnych neuronów. Neuron stanowi podstawową jednostkę (węzeł) przetwarzania impulsów nerwowych.

Komórka nerwowa

A - Neuron

B - Synapsa (styk neuronów)

C - Akson neuronu

1. Akson poprzedniego neuronu (pobudzającego, presynaptycznego)
2. Synapsa będąca miejscem kontaktu dwóch neuronów i miejscem przechodzenia pobudzenia od neuronu do neuronu
3. Dendryt - wypustka ciała neuronu
4. Jądro neuronu
5. Ciało neuronu
6. Akson (neuryt) - jeden z dendrytów, który przewodzi pobudzenie od ciała neuronu
7. Zakończenie aksonu
8. Osłonka mielinowa
9. Pęcherzyki synaptyczne z neuroprzekaźnikami zwanymi też mediatorami synaptycznymi lub neurotransmiterami synaptycznymi lub transmiterami synaptycznymi lub przekaźnikami synaptycznymi
10. Kolbka synaptyczna (zakończenie presynaptyczne aksonu)
11. Szczelina synaptyczna - oddziela część presynaptyczną (od strony aksonu neuronu pobudzającego) od części postsynaptycznej (neuronu pobudzanego)
12. Receptor błonowy zwany też receptorem neuroprzekaźnika
13. Błona postsynaptyczna
14. Połączenie synaptyczne neuronu pobudzanego (postsynaptycznego)
15. Jąderko
16. Receptor w części presynaptycznej zakończenia nerwowego czuły na własny neuroprzekaźnik
17. Receptor w części presynaptycznej zakończenia nerwowego czuły na obcy neuroprzekaźnik

Szczegóły dotyczące budowy neuronu <kliknij tutaj>

Komórka glejowa

Komórka glejowa w wyglądu przypomina neuron lecz nie przewodzi impulsów nerwowych. Cechą odróżniającą ją od neuronu jest brak aksonu. Komórki glejowe dzielą się na:

1. Oligodendrocyt - wytwarza mielinę spełniającą funkcję izolatora oddzielającego od siebie komórki nerwowe.
2. Astrocyt - pośredniczy w wymianie substancji budulcowych, energetycznych i produktów przemiany materii pomiędzy krwią i komórkami nerwowymi zabezpieczając w ten sposób neurony od bezpośredniego kontaktu z naczyniami włosowatymi krwionośnymi.
3. Mikroglej - wykazuje właściwości żerne otaczając uszkodzone miejsca w mózgu i pożerając fragmenty obumarłych komórek nerwowych.

Narodziny komórek nerwowych i glejowych

Komórki nerwowe i część komórek glejowych powstają w wyniku asymetrycznego podziału komórki macierzystej zwanej neuroblastem. Na wskutek podziału komórki macierzystej mogą powstać:

• dwie komórki macierzyste (potomne) - podział symetryczny
• komórka macierzysta i neuron - podział niesymetryczny
• komórka macierzysta i komórka glejowa - podział niesymetryczny

Neuron i komórka glejowa nie mają już zdolności do podziału, jaką posiada komórka macierzysta, lecz wykazują możliwość migracji do innych miejsc ustępując obszar podziału komórek.

Pomimo tego, że neuron nie może się już dzielić, posiada on zdolność do tworzenia coraz to nowszych połączeń synaptycznych z innymi neuronami. Wpływa to na dużą plastyczność mózgu.

Podstawowe części składowe mózgu

Części składowe mózgu

1 - rdzeń kręgowy

pień mózgu

2 - rdzeń przedłużony

3 - most

4 - śródmózgowie

międzymózgowie

5 - wzgórze

11 - podwzgórze

kresomózgowie

6 - spoidło wielkie

7 - kora płata czołowego

8 - kora płata ciemieniowego

9 - kora płata potylicznego

tyłomózgowie

10 - móżdżek,

Istota biała

Skupiska wypustek neuronów (aksonów lub neurytów) i komórek glejowych noszą nazwę istoty białej. Istota biała zajmuje się przewodzeniem impulsów nerwowych między skupiskami neuronów.

Istota biała stanowi drogi nerwowe różnego rodzaju takie, jak: 

• drogi czuciowe (swoiste) wstępujące (receptor - rdzeń - pień - wzgórze - kora) - doprowadzające pobdźce czuciowe do kory
• drogi pobudzające (nieswoiste) wstępujące (receptor - rdzeń - twór siatkowy - wzgórze - kora) - pobudzające korę mózgową. Pobudzenie to, jest dodatkowym warunkiem koniecznym do percepcji bodźca przez korę.
• drogi kojarzeniowe (kora - kora)
• drogi zstępujące piramidowe (kora - rdzeń - efektor) - drogi ruchowe doprowadzające impulsy do efektorów
• drogi zstępujące pozapiramidowe - drogi dla impulsów kontrolujących ruchy

Wśród dróg kojarzeniowych (kora-kora) można wymienić:

• drogi krótkie łukowate, łączące sąsiadujące zakręty kory
• drogi długie zwane pęczkami (pęczek podłużny górny i dolny, pęczek pionowy, pęczek haczykowaty,obręcz) łączące różne okolice kory jednej półkuli (na przykład pęczek łukowaty łączący ośrodek Wernickego i ośrodkiem Broki)
• drogi spoidłowe takie jak: spoidło przednie, ciało modzelowate, spoidło tylne.

Występują jeszcze inne drogi nerwowe jak: typu (kora - jądra podkorowe) i (jądra podkorowe - wzgórze - kora) oraz wiele innych, łączących poszczególne struktury wewnętrzne mózgu. Warto zauważyć, że drogi wstępujące, prowadzące do kory, muszą przejść przez wzgórze.

W mózgu, drogi nerwowe grupowane mogą być w torebki (torebka ostatnia między wyspą [insula] a przedmurzem [claustrum], zewnętrzna między przedmurzem a skorupą [putamen], wewnętrzna między gałką bladą [globus pallidus] a ogonem jądra ogoniastego [tail of caudate nucleus] ).

Istota biała występuje także w rdzeniu, z tym że istota biała otacza istotę szarą znajdującą się z środku rdzenia. Istotę białą w rdzeniu tworzą połączenia wstępujące - do mózgu i zstępujące - z mózgu przebiegające wzdłuż tego rdzenia.

Dla zwiększenia szybkości i łatwości przewodzenia impulsów nerwowych drogi nerwowe posiadają osłonkę izolacyjną z substancji mielinowej.

Istota szara

Skupiska ciał neuronów i komórek glejowych w mózgu noszą nazwę istoty szarej. Istota szara zajmuje się przetwarzaniem impulsów nerwowych.

Na pofałdowanej powierzchni mózgu (część zewnętrzna - odkryta) mamy warstwę istoty szarej o grubości od kilku do 5 mm i powierzchni około 2000 cm2, która nosi nazwę kory mózgowej. Kora mózgowa złożona jest z trzech rodzajów neuronów (piramidalne, ziarniste i wielokształtne) ułożonych w sześciu warstwach dla kory nowej lub trzech warstwach dla kory starej.

Pod korą występuje istota biała (włókna połączeń), a w niej tkwią jeszcze skupiska istoty szarej zwane jądrami wraz z centralnym jądrem zwanym wzgórzem. Jądra kresomózgowia noszą nazwę jąder podkorowych lub podstawnym [basal ganglia].

Ogólnie kora mózgowa zajmuje się świadomym przetwarzaniem informacji, a jądra pierwotne przetwarzaniem podświadomym.

Ujmując bardziej szczegółowo, istota szara wypełnia następujące obszary mózgowia:

1. kora [cortex] kresomózgowia lub inaczej płaszcz mózgowia (warto też wspomnieć o dwóch fragmentach kory: wyspa [insula] i hipokamp [hippocampus])
2. jądra kresomózgowia zwane strukturami podkorowymi mózgu lub jądrami podstawnymi [basal ganglia].
3. jądra międzymózgowia. Charakterystycznymi reprezentantami grup jąder jest wzgórze [thalamus] i podwzgórze [hypothalamus].
4. pień mózgu składający się z takich struktur jak: śródmózgowie, most, rdzeń przedłużony.
5. kora i jądra móżdżku zwanego także tyłomózgowiem.

Istota szara występuje także w rdzeniu, z tym że występuje wewnątrz rdzenia, a otacza ją istota biała.

Poza istotą białą i szarą pozostałą część mózgu zajmują

• komory mózgu wypełnione płynem mózgowo-rdzeniowym
• naczynia krwionośne zasilające komórki mózgu.

Kora mózgowa

Najwyższym piętrem przetwarzania informacji układu ośrodkowego, a zarazem najmłodszym filogenetycznie tworem, jest kora mózgowa.

Kora mózgu (mózgowia) okrywa mózg w formie płaszcza i ma, w zależności od obszaru kory, grubość od 1.5 do 5 mm. Powierzchnia kory jest pofałdowana i wynosi około 2000 cm2 (20cm x 1 m). Kora tworzy cienką warstwę w stosunku do wymiarów mózgowia. Tworzy ją około 10 mld neuronów ułożonych w sześciu warstwach dla nowej kory, albo w trzech warstwach (dla niewielkiej części starej kory - węchomózgowia i hipokampa). Na 1cm²powierzchni kory przypada zatem ok. 5 mln komórek nerwowych. Załóżmy, że średnia ilość połączeń synaptycznych dla jednego neuronu z pozostałymi neuronami wynosi 1000 połączeń, daje to dla kory 10 bilionów połączeń, albo 5 mld połączeń na cm² powierzchni kory. Kora nie jest równa i tworzy uwypuklenia (zakręty) i wgłębienia (bruzdy).

Typowy rozkład rodzajów neuronów w poszczególnych warstwach kory:

1. Warstwa drobinowa - najbardziej zewnętrzna warstwa kory jest uboga w neurony. Zbudowana jest niemal wyłącznie z zakończeń neuronów (dendrytów), dająca obraz drobnoziarnisty. Warstwa ta spełnia funkcję koordynacyjną.
2. Warstwa ziarnista zewnętrzna - zbudowana jest z neuronów ziarnistych. Warstwa ta spełnia funkcję recepcyjną.
3. Warstwa piramidalna zewnętrzna - zbudowana jest z neuronów piramidalnych najlepiej wykształcona czuciowych częściach kory. Warstwa ta spełnia rolę emisyjną.
4. Warstwa ziarnista wewnętrzna - zbudowana z neuronów ziarnistych. Warstwa ta spełnia rolę recepcyjną.
5. Warstwa piramidalna wewnętrzna - najlepiej wykształcona w ruchowych częściach kory. Warstwa ta spełnia rolę emisyjną.
6. Warstwa neuronów wielokształtnych. Warstwa ta spełnia rolę koordynacyjnej.

Przedstawiony rozkład rodzajów neuronów w różnych obszarach kory mózgowej może odbiegać od wyżej przedstawionego. W warstwie 4 znajdują się neurony ośrodków czuciowych kory pierwotnej (pierwszorzędowej) leżących w tylnej części kory (po drugiej stronie bruzdy środkowej). Neurony te zbierają pobudzenia z aksonów biegnących od powierzchni wzgórza, natomiast w warstwie 5 znajdują się neurony wysyłające aksony w ośrodkach ruchowych płata czołowego do efektorów (mięśni).

Opis kory mózgowej

Okazuje się, że mózg [brain] posiada całkiem celową konstrukcję. Istota biała [white matter] półkul mózgowych, będąca skupiskiem włókien nerwowych pokryta jest kilkumilimetrową warstwą istoty szarej (ciała neuronów) zwaną korą mózgową [cortex]. Znaczenie kory mózgowej jest istotne, ponieważ dzięki niej istnieje świadomość. Impulsy nerwowe, aby zostały odebrane w sposób świadomych wrażeń, muszą dotrzeć do czuwającej kory mózgowej. Co oznacza słowo czuwającej? Oznacza tylko tyle, że korę można ją włączać i wyłączać. Włączona kora odbiera docierające do niej bodźce w sposób uświadomionych wrażeń, natomiast kora wyłączona jest ich nieświadoma. Impulsy nerwowe docierające do struktur podkorowych (w głębi mózgu) są nieuświadomione.

Kora mózgowa jest parzysta, to znaczy występuje na dwóch półkulach mózgu połączonych ze sobą drogami nerwowymi spoidłowymi. Jednym największym spoidłem jest spoidło wielkie zwane ciałem modzelowatym (corpus callosum).

Kora mózgowa zbudowana jest z trzech rodzajów neuronów ułożonych w sześciu warstwach. W zakresie kory hipokampowej i kory węchowej występuje jeszcze starsza postać kory trójwarstwowej. Kora móżdżku jest też trójwarstwowa.

Powierzchnia kory jest poprzecinana bruzdami [sulcus]. Obszar kory między bruzdami nosi nazwę zakrętu [gyrus].

Najważniejszymi bruzdami kory są bruzda środkowa lub centralna [central sulcus] zwana także bruzdą Rolanda oraz bruzda boczna [lateral sulcus] znawa także bruzdą Sylwiusza.

Bruzda środkowa dzieli całą korę półkuli mózgowej na część przednią i tylną. Część przednia zajmuje się działaniem, a część tylna odbiorem i przetwarzaniem bodźców ciuciowych (sensoryka). Podobny układ mamy w rdzeniu. Rogi przednie istoty szarej rdzenia zajmują się motoryką, a rogi tylne istoty szarej rdzenia odbiorem sygnałów. Jest to bardzo ciekawa właściwość układu nerwowego. Narząd wzroku na przykład znajduje się z przodu głowy (oko), ale połączony jest nie z korą czołową, lecz potyliczną znajdującą się w tyle głowy, bo tam jest część odbiorcza kory mózgowej.

Bruzda środkowa i boczna wyznaczają w korze mózgowej obszary kory zwane płatami [lobe]. Bruzda środkowa dzieli korę na płat czołowy [frontal lobe] i płat ciemieniowy [parietal lobe]. Bruzda boczna natomiast wyznacza płat skroniowy i oddziela ją od płata czołowego i ciemieniowego.

Na czołowej części półkuli znajduje się płat przedczołowy [prefrontal lobe], a w tyle półkuli płat potyliczny [occipital lobe]. Miejsce spotkania się bruzdy środkowej z boczną bruzdy wyznacza niewidoczny płat kory zagłębiony do wnętrza półkuli znany wyspą [insula].

Bruzda środkowej i boczna nie tylko wyznaczają granice płatów czołowego, ciemieniowego i skroniowego. W korze, w obrębie tych bruzd, dużo się dzieje w odróżnieniu od pozostałej kory półkuli mózgowej. Po ciemieniowej stronie bruzdy środkowej jest zlokalizowana pierwotna (pierwszorzędowa) kora dotykowa (pola Brodmanna 1,2,3). Oznacza ona, że wszystkie receptory dotyku umieszczone na skórze mają tam swoją reprezentację.

Po drugiej stronie bruzdy środkowej, na terenie płata czołowego, znajduje się granicząca z korą dotykową kora ruchowa. Drażnienie tych okolic słabym prądem elektrycznym wywołuje ruchy kończyn.

W pobliżu bruzdy bocznej na terenie płata skroniowego znajduje się pierwotna (pierwszorzędowa) kora słuchowa (pola Brodmanna: 41, 42). Narząd słuchu ma tutaj swoją reprezentację.

Charakterystyczną cechą pierwotnych obszarów kory jest niezmienność jej lokalizacji. Dla różnych ludzi lokalizacja tych obszarów znajduje się mniej więcej w tym samym miejscu.

Ośrodki zajmujące się przetwarzaniem wzroku znajdują się w płacie potylicznym i tam znajduje się pierwotna kora wzrokowa (pole Brodmanna 17).

Miejsce stykania się obu półkul mózgowych wyznacza obszar przyśrodkowy każdej z półkul. Znajduje się tam bardzo ważny, dla układu limbicznego [limbic system], obszar kory zwany zakrętem obręczy [cingulate gyrus].

Zakręt obręczy znajduje się powyżej spoidła wielkiego [corpus callosum] rozciąga się pasem od części płata czołowego (pola Brodmanna 24, 32, 33) i przebiega do płata ciemieniowego (pola Brodmanna  23, 31). Ta czołowa część zakrętu obręczy nazywa się przednią częścią zakrętu obręczy [anterior cingulate gyrus], natomiast ciemieniowa część nazywa się tylną częścią zakrętu obręczy [posterior cingulate gyrus].

Tylna część zakrętu obręczy połączona jest z hipokampem, środkowa część zakrętu obręczy połączona jest z korą sensoryczną (kora czuciowa lub odbiorcza). Przednia część zakrętu obręczy połączona jest z korą przedczołową.

Przy okazji należy wspomnieć, że pod spoidłem wielkim znajduje się sklepienie [fornix] będące wiązką połączeń pomiędzy hipokampem, a ciałami suteczkowatymi należącymi do podwzgórza. Pod sklepieniem znajduje się wzgórze zajmujące środkową część w półkulo mózgowej. Warto wspomnieć, że ciała suteczkowate są połączone ze wzgórzem

Szlak połączeń: zakrętu obręczy z hipokampem, hipokampu ze sklepieniem, sklepienia z ciałami suteczkowatymi, ciał suteczkowatych ze wzgórzem i wzgórza ponownie z zakrętem obręczy tworzy zamkniętą pętlę odgrywającą zasadniczą rolę w zamkniętym limbicznym cyklu Papeza. Uwzględniając jeszcze połączenia wzgórza i kory przedczołowej z ciałem migdałowatym mamy pełny układ limbiczny zapewniający człowiekowi motywację działania.

Jeżeli weźmiemy obszar przyśrodkowy kory od strony podstawy półkul mózgowych, widzimy zaginający się koniec kory płata skroniowego do wnętrza półkuli. Tą zwiniętą w zakończeniu płata skroniowego korę w kształt litery S nazywamy hipokampem. Jest to jeszcze stara część kory bo trójwarstwowa. Oczywiście występuje odcinek przejścia od kory starej do kory nowej sześciowarstwowej. Hipokamp [hippocampus] odgrywający bardzo dużą rolę w pamięci deklaratywnej oraz utrwalaniu się pamięci długotrwałej (proces konsolidacji) jest niczym innym jak starym wycinkiem kory płata skroniowego o szczególnym właściwościach przydatnych do przejściowego, dłuższego pamiętania faktów, miejsc i zdarzeń przed konsolidacją do pamięci długotrwałej zlokalizowanej w korze.

Pod warstwą kory mózgowej znajduje się istota biała zbudowana ze skupisk dróg nerwowych łączących poszczególne wycinki kory.

Pod korą wyspową (niewidoczną z zewnątrz) zlokalizowaną w szczelinie utworzonej przez zbiegające się bruzdy środkową i boczną znajdują się oprócz istoty białej również podkorowe skupiska neuronów zwane jądrami podstawnymi. Patrząc się od strony płatu wyspowego mamy następujące skupiska istot białych i szarych: torebka ostatnia (istota biała), przedmurze (istota szara), torebka zewnętrzna (istota biała), skorupa (istota szara), do której z boku przylega jądro ogoniaste (istota szara). Dalej mamy: gałka blada (istota szara), torebka wewnętrzna (istota biała) i na końcu, w centralnej części półkuli, znajduje się wzgórze (istota szara). Pod pozostałą korą wnętrze półkul jest wypełnione istotą białą. Warto tylko wspomnieć, że skorupa poprzez jądro ogoniaste jest połączone z ciałem migdałowatym - ośrodkiem emocji. Wśród jąder podstawnych znajduje się też jądro półleżące - ośrodek przyjemności.

Wzgórze znajdujące się w centralnej części półkul mózgowych odrywa bardzo dużą rolę w pracy kory mózgowej. Rozprowadza ono wszystkie impulsy docierające do kory mózgowej. Są tutaj impulsy utrzymujące stan czuwania kory mózgowej pochodzące z dróg nieswoistych, impulsy pochodzące od receptorów czuciowych (wzroku, słuchu, dotyku, smaku) oraz od jąder podkorowych i móżdżku przy obsłudze ruchów.

Jest taka zasada. Zanim coś dotrze do kory musi przejść przez wzgórze, a wzgórze już wie do którego obszaru kory przesłać dalej impulsy. Wyjątek stanowi jedynie zmysł węchu, który nie jest obsługiwany przed wzgórze lecz przez opuszkę węchową mającą kontakt ze starą częścią (trójwarstwową) kory węchowej znanej korą grusztowatą  zlokalizowaną w polu Brodmanna 27. Z przeciwnej strony wzgórze ma połączenie z pniem mózgu, a ten z rdzeniem kręgowym.

W przypadku impulsów wypływających z kory mózgowej (zstępujących), ta droga nie prowadzi już poprzez wzgórze lecz do pnia mózgu, jąder podstawnych (pamięci proceduralnej ruchów) lub móżdżku (koordynatora ruchów).

Odkorowa droga ruchowa (droga wybiegająca z kory) dotyczy uświadomionej chęci wykonania ruchu. Sygnał o zamiarze wykonania ruchu wypływa z pierwszorzędowej kory ruchowej. Natomiast szczegóły wykonania ruchu są już w większości podświadome i nadzorowane przez móżdżek [cerebellum], gdzie w korze móżdżku znajdują się zapamiętane szczegóły wykonania ruchu, uwzględniające zależności ruchu od impulsacji mononeuronów unerwiających włókna mięśniowe i sygnałów z receptorów czuciowych rozmieszczonych w włóknach mięśniowych oraz sygnałów wzrokowych, korygujących dodatkowo ruch. Wykonywany ruch staje się płynny i optymalnie jest wykonywany. Co najważniejsze, ruch wykonywany jest w równoległym procesie nie obciążającym naszej świadomości. Uszkodzenie móżdżku odbiera płynność i zoordynowanie mięśniowe ruchów. Tej koordynacji i płynności móżdżek musi się nauczyć. Kora móżdżku (trójwarstwowa) podobnie jak kora hipokampa ma bardzo dobry cechy pamięciowe.

Oprócz pamięci koordynacyjnej istnieje również pamięć proceduralna. Stale powtarzane uświadomione sekwencje ruchów są zapamiętywane, aby odciążyć naszą świadomość od tego monotonnego i nudnego zajęcia. W pamięci proceduralnej jąder podstawnych (skorupa i gałka blada) wykonywane już w sposób szybszy i na dodatek podświadomy.

Jak się okazuje organizm stara się wszelkimi sposobami odciążyć naszą świadomość pozostawiając ją wyższemu celowi jak myślenie. Okazuje się, że starsza część kory (trójwarstwowa) i jądra podkorowe są bardziej specjalistyczna i szybsze, a nowa kora (sześciowarstwowa) wolniejsza, ale za to bardziej uniwersalna.

Kora mózgowa jest także miejscem lokalizacji pamięci długotrwałej. Może być ona rozmieszczona w różnych miejscach kory mózgowej. W zależności od bliskości od rejonu kory pierwotnej (słuchu, wzroku, dotyku, ruchu) może ona mieć odmienny charakter. Może to być pamięć wzrokowa, słuchowa, zapachowa oraz ruchowa (najwyższego poziomu - korowa) lub asocjacyjna, czyli składać się z kompozycji podstawowych. W płacie skroniowym jest zapamiętany sposób rozumienie mowy (ośrodek Wernickego), a w płacie czołowym jest zapamiętany sposób mówienia (ośrodek Broki, Broca). Co ciekawe, czasowniki (oznaczające czynność) są zapamiętane w korze czołowej (kora ruchowa), a rzeczowniki oznaczające obiekty w płacie skroniowym (kora sensoryczna - odbiorcza). Szczególnie zdolności w pamięci asocjacyjnej ma kora przedczołowa, w której mogą być zapamiętane asocjacje najwyższego poziomu dotyczące naszej osobowości, doświadczeń życiowych, planowania, inteligencji, w związku z umiejscowieniem tam ośrodków myślenia oraz pamięci operacyjnej.

Cechą charakterystyczną pamięci długotrwałej jest bardzo długi czas zapisu informacji. Związana jest ona z powstaniem trwałych zmian w korze.

Pamięć długotrwała nie nadaje się jednak do wykonywania szybkich operacji z wykorzystaniem pamięci, jakie występują w procesach myślenia (wykonywanie zadań matematycznych, operacji wnioskowania, itd). To tego celu wykorzystywana jest pobudzeniowa pamięć asocjacyjna kory przedczołowej zwana pamięcią operacyjną. Zapamiętanie odbywa się tu poprzez pobudzenie i podtrzymanie impulsacji w zamkniętej pętli sieci neuronalnej. Pamięć ta jest, ze względu na swój bioelektryczny charakter, nietrwała, energochłonna i wymaga koncentracji umysłu. Ale w tej nietrwałości jest wielka zaleta. Można przeprowadzać dowolną ilość odczytów i zapisów do tej pamięci i usuwania danych, co jest potrzebne w procesach myślowych. Korzystanie z tej pamięci jest bardzo wyczerpujące dla kory mózgowej, dlatego mózg może sobie pozwolić na rozwijanie jednego wątku pamięci operacyjnej i utrzymanie kilku w zawieszeniu. Krótko mówiąc jest to pamięć podczas naszego procesu myślenia. Pojemność tej pamięci jest bardzo mała i wynosi 7. Jest to jednak całkiem wystarczające. W razie potrzeby można skorzystać z pamięci tymczasowej (hipokampowej), która też jest nietrwała, ale czas utrzymania w niej danej może wynosić nawet do kilku lat i przy utrzymaniu danych nie jest wymagany wysiłek umysłowy. W razie potrzeby daną można zapamiętać w sposób trwały w pamięci długotrwałej (korowej), ale w niej zapamiętujemy informacje, które mogą być potrzebne w przyszłości, np. doświadczenia i wiedzę życiową.

Pamięć operacyjna kory przedczołowej jest związana również, jak już wspomniano, z obecnością w niej pamięci długotrwałej. Bardzo duże znaczenie dla egzystencji człowieka na pamięć długotrwała zlokalizowana z korze przedczołowej. Tu zapamiętane są nasze doświadczenia życiowe zagromadzone w ciągu całego życia. Pamięć ta decyduje o naszej osobowości, pozwala planować, działać, decydować walczyć z przeciwnościami losu. Tu znajduje się regulator hamujący pobudzenie ośrodek emocji zlokalizowany w ciele migdałowatym. Tracąc tą część kory można stracić swoją osobowość. Kora przedczołowa dojrzewa najpóźniej z pozostałych elementów mózgu (do 25 roku życia).

Różne obszary płatów w sposób swoisty wpływają na różne cechy postrzegania, które mają duże znaczenie w sprawnej realizacji inteligentnego zachowania np:

- płat potyliczny odpowiada za odbiór sygnałów wizualnych i ich przetwarzanie,

- płat ciemieniowy odpowiada za odbiór sygnałów czucia (dotyku) i asocjacje z analizatorami wzrokowymi zlokalizowanymi z płacie potylicznym (ośrodki rozpoznawania wyglądu liter),

- płat skroniowy odpowiada za słuch, odbiór i rozpoznanie mowy (ośrodek Wernickego) oraz za pamięć deklaratywną związaną z wiedzą opisową nabywaną w szkole.

- płat czołowy i przedczołowy odpowiada za ruchy dowolne proste oraz złożone (kora przedruchowa), wykonywanie mowy (ośrodek Broca), planowanie czynności, osobowość, procesy myślowe, odraczanie reakcji na bodźce emocjonalne, kojarzenie, krótką pamięć operacyjną potrzebną dla realizacji procesów umysłowych kierowanych na osiągnięcie założonego celu. Emocje są przeżywane świadomie i są uzależnione od procesów poznawczych

Ogólnie, funkcje różnych obszarów kory mózgowej sprowadzają się po pierwsze do odwzorowania w korze mózgu ośrodków receptorowych rozmieszczonych na obwodzie ciała, jak również ośrodków ruchowych rozmieszczonych również na obwodzie ciała (są to pola pierwszorzędowe kory), jak również do przetwarzania otrzymanych sygnałów w polach drugorzędowych kory, aż do łączenia pobudzeń różnych modalności (słuchowych, wzrokowych, dotykowych, ruchowych) w polach asocjacyjnych kory. Pola asocjacyjne służą do wyższej analizy, syntezy, kojarzenia, uczenia się, itp. czyli tego wszystkiego, co nazywa się wyższą czynnością nerwową.

Najbardziej złożone czynności, jak mowa i myślenie abstrakcyjne powstają dzięki współpracy wielu ośrodków rozmieszczonych w całej korze mózgowej (poprzez drogi asocjacyjne, różne obszary kory mózgowej, nawet odległe od siebie, mogą być ze sobą powiązane i tak samo ważne dla realizacji pewnych funkcjonalności). Przykładem może być połączenie ośrodka Wernickego (odbiór mowy) położonego w płacie skroniowym z ośrodkiem Broca (wykonywanie mowy) poprzez drogi asocjacyjne (pęczek łukowaty).

Bardzo ważną rzeczą jest to, że treści myślowe są przez mózg traktowane jako nieswoistne sygnały czuciowe, stąd są w podobny sposób przetwarzane przez ciało migdałowate. Ciało migdałowate reaguje zarówno na sygnały czuciowe docierające bezpośrednio ze wzgórza (z pominięciem ich obróbki w korze), na sygnały po obróbce w korze mózgowej i docierające do naszej świadomości, jak też treści myślowe kory przedczołowej z możliwością skorygowania pobudzenia tego ciała.

Inteligencja jest to zdolnością człowieka do przystosowywania się do zmieniających się warunków otoczenia, rozumienia otaczających sytuacji i znajdowania na nie właściwych reakcji. Jak widzimy inteligencja musi mieć element czynny (sprawczy), po którym możemy ocenić, czy mamy do czynienia z zachowaniem inteligentnym czy też nie.

Realizacja inteligencji odbywa się poprzez przypominanie, rozpoznawanie, porównywanie, zapamiętywanie, syntezę, analizę, porównywanie, abstrahowanie, uogólnianie, łączenie, formułowanie myśli, itd. Realizując czynności nadające znamiona inteligentnych nie zdajemy sobie sprawy, jak to robimy, ponieważ wykonujemy je w sposób automatyczny, nieuświadomiony, stąd procedury tych czynności muszą pochodzić z jąder podkorowych (podstawnych). Nie mamy introspektywnego, świadomego dostępu do tych procedur i dlatego jest trudno odgadnąć, jak się to dokładnie dzieje.

Kora przedczołowa obejmuje pola 9, 46, 10, 47, 11, 12, 32 Brodmanna. Jest ona związana z najbardziej złożonymi procesami poznawczymi jak kontrola popędów, planowanie, monitorowanie przebiegu zachowania i procesów poznawczych. Ogólnie jest ona związana z funkcjami działania.

Szczególne znaczenie ma część kory przedczołowej znana korą oczodołową. Jest ona związana z kontrolą emocjonalną, zdolnością do hamowania popędów i odraczania nagród. Odraczanie nagród oznacza, że nie musimy od razu dostać wszystko co chcemy, jak dziecko, lecz zadawalamy się późniejszym otrzymaniem i w ten sposób tłumimy nadmiernie pobudzone ośrodki emocjonalne, związane z natychmiastowym otrzymaniem upragnionej rzeczy.

Korę przedczołową można podzielić na pola (wg Brodmanna): pole 10 - biegun czołowy, pole 8 - tylna kora przedczołowa, pole 9,46 - środkowa część grzbietowo-bocznej kory przedczołowej, pole 12,45,47 - środkowa część brzuszno-bocznej kory przedczołowej, pole 11 - oczodołowa część kory przedczołowej. Kora grzebietowo-boczna jej część odpowiada za pamięć operacyjną. Część brzuszna kory przedczołowej odpowiada za pamięć rozpoznawczą. Idąc dalej część tylno-boczna kory przedczołowej, odpowiedzialna jest za planowanie czynności. Zwoje podstawy (jądra podstawne) kontrolują ruchy automatyczne, a przednia część kory obręczy, związana jest ze skupianiem uwagi.

Powracając do analizy funkcjonalnej kory mózgowej, można ją podzielić na dwie części:

1. Odbiorczą (płat potyliczny, skroniowy i ciemieniowy)
2. Motoryczną (płat czołowy i przedczołowy)

Część odbiorcza odbiera i przetwarza sygnały z otoczenia. Część motoryczna (działania) pozwala na reakcję z otoczeniem. Płat czołowy posiada ośrodki ruchowe, poprzez które przesyła rozkazy wykonawcze, natomiast płat przedczołowy zarządza i steruje nie tylko płatem czołowym, ale także tylną, odbiorczą częścią mózgu. Rdzeń kręgowy również dzieli się ma część tylną (grzbietową), odbierającą sygnały z receptorów obwodu oraz część przednią (brzuszną) wysyłająca sygnały do efektorów mięśniowych.

Jeszcze raz warto podkreślić znaczenie kory przedczołowej w pamięci krótkiej (operacyjnej), a także wskazać współpracę poszczególnych pól tej kory. Pola 9,46 (wg Brodmanna) mają znaczenie w realizacji krótkiej pamięci bezpośredniej (operacyjnej), w której wykonywane są operacje na elementach pobranych z pamięci deklaratywnej z pól 12,45,47 oraz oczodołowego 11. Kora oczodołowa jest połączona ze starym (filogenetyczne) pasmem węchomózgowia zlokalizowanym w zakręcie obręczy - pola 24,32, 33, a to pasmo ma połączenie z przyśrodkową częścią płata skroniowego, gdzie zlokalizowany jest hipokamp - pamięć deklaratywna (miejsc i zdarzeń). Tak więc brzuszno-boczna część kory przedczołowej wraz z połączonym z nim (poprzez korę oczodołową i pasmo węchomózgowia zakrętu obręczy) hipokampem, tworzy wspólnie pamięć rozpoznawczą (deklaratywną). Od pola 11 promieniuje również na korę przedczołową pobudzenie z układu limbicznego. W przedniej części płata skroniowego, znajduje się ciało migdałowane - ośrodek emocji. Połączenie to wywołuje uświadomione rozpoznanie emocji związanej z rozpoznaną rzeczywistością.

Widać też niezależność lokalizacji pamięci deklaratywnej i pamięci proceduralnej (jądra podstawne). Przyśrodkowe części płatów skroniowym (hipokamp) i jądra podstawne (zwoje podstawy lub jądra podstawne) są związane też z odmiennymi systemami pamięciowymi. Ludzie z uszkodzoną pamięcią deklaratywną (hipokamp) nie wykazywali kłopotów z pamięcią proceduralną (jądra podstawne) i odwrotnie ludzie cierpiący na amnezje wykazujące silne zaburzenia w zdolności do uczenia się nowych faktów i zdarzeń (hipokamp - pamięć deklaratywna [epizodyczna i semantyczna]) nie mieli kłopotów z formułowaniem trwałych odruchów i umiejętności związanych z pamięcią proceduralną. Natomiast ludzie cierpiący na chorobę Parkinsona lub Huntingtona, u których występują degeneracje w jądrach podstawnych (zwojach podstawy), mogą swobodnie rozwiązywać zadania oparte na pamięci deklaratywnej (hipokamp), przy równoczesnym silnym zaburzeniu uczenia opartego na pamięci proceduralnej (jądra podstawne).

Z pamięcią deklaratywną związane jest również rozpoznawanie wzrokowe. Natomiast nabyte odruchy czynnościowe lub nabyte umiejętności są związane z pamięcią proceduralną.

Badania wykazały, że kora węchowa nie tylko dotyczy węchu, lecz jest związana z rozpoznawaniem wzrokowym i dotykowym oraz z pamięcią asocjacyjną (pamięć wielomodalna). Wynika to z zalegania pasma węchowego w zakręcie obręczy, który swym zasięgiem obejmuje wtórne rejony kory sensorycznej i asocjacyjno-sensorycznej.

Powiązany z korą węchową hipokamp jest również istotny dla wykonywania zadań opartych na pamięci przestrzennej. Oprócz pamięci deklaratywnej i proceduralnej istnieje bardzo ważna pamięć związana z podświadomymi emocjami. Jest ona zlokalizowana w ciele migdałowatym. Ciało migdałowate jest istotne w pamięci emocji i kojarzeniu bodźców z emocjonalnym wzmocnieniem.

Reasumując, kora przedczołowa grzbietowo-boczna [pole Brodmanna 9, 46] odgrywa dużą rolę w wykonywaniu zadań opartych na pamięci operacyjnej, natomiast brzuszna część kory przedczołowej jest istotna dla pamięci rozpoznawczej. Pola przedczołowe 45,46 Brodmanna odpowiedzialne za wykonywanie mowy i połączone pęczkiem łukowatym z ośrodkiem Wernickego rozumienia mowy w płacie skroniowym umożliwia nadawanie myślom formy mowy wewnętrznej. Pamięć proceduralna jest związana z funkcjami jąder podstawnych (zwojów podstawy) oraz ich interakcją ze wzgórzem i korą czołową. W procesach warunkowania zwoje podstawy (jądra podstawne) współpracują również z wyspecjalizowanymi obszarami korowymi istotnymi dla pamięci deklaratywnej.

Poniżej został przedstawiony podział kory półkuli mózgowej według pól Brodmanna z zaznaczeniem roli funkcjonalnej jakie pełnią.

Podział kory mózgowej na pola Brodmanna

Pole Opis 17 - pierwszorzędowa kora wzrokowa 1,2,3 - pierwszorzędowa kora czuciowa 41,42 - pierwszorzędowa kora słuchowa 34 - pierwszorzędowa kora węchowa 43 - pierwszorzędowa kora smakowa 4 - pierwszorzędowa kora ruchowa 19,18 - wtórna kora wzrokowa 5,7,40 - wtórna kora czuciowa 21 - wtórna kora słuchowa 6 - wtórna kora ruchowa 39 - ośrodek czytania 22 - ośrodek Wernickego (odbiór mowy) 44,45 - ośrodek Broca (wykonywania mowy) 9,10 11,12, 32,46, 47 - płat przedczołowy (kora asocjacyjna wyższego rzędu) - abstrakcyjne myślenie, wyższa uczuciowość, planowanie, osobowość 9,46 - pamięć operacyjna do krótkotermi- nowego przechowywania informacji. 12,45, 47 - pamięć rozpoznawcza (deklaracyjna, długoterminowa) - ma połączenie z korą skroniową. 24,32, 33 - przednia część zakrętu obręczy 23,31 - tylna część zakrętu obręczy 27 - podkładka (kora węchowa [gruszkowata]) 28,34 - zakręt przyhipokampowy (kora śródwęchowa) 35 - zakręt przyhipokampowy (kora okołowęchowa) 36 - zakręt wrzecionowaty 20 - dolny zakręt skroniowy

Rysunki (pola Brodmanna): Professor Mark Dubin - University of Colorado http://spot.colorado.edu/~dubin/talks/brodmann/brodmann.html

Po analizie funkcjonalności poszczególnych obszarów kory mózgowej jasno wynika, że inteligencja człowieka jest zlokalizowana w korze przedczołowej, natomiast w pozostałej korze znajdują się ośrodki, dzięki którym może się ona komunikować z otoczeniem.

Fascynujący mózg

Elektroniczny odpowiednik kory mózgowej

Korę mózgową [cortex] można opisać w formie elektronicznej. Reprezentuje ją 200 układów scalonych wielkiej skali integracji o aktywnej powierzchni 3x3cm (co daje powierzchnię czynną ok. 2000 cm2 - powierzchnia kory mózgowej). Każdy układ scalony realizuje funkcję sieci neuronowej (tzw. neurokomputer) i jest złożony z 50 mln neuronów (każdy neuron ma możliwość realizacji ok 1000 połączeń z innymi neuronami), co dla 200 układów daje 10 mld neuronów (10 bln połączeń) czyli tyle, ile mniej więcej zawiera kora mózgowa. Układy scalone są umieszczone na płycie z naniesionymi (drukowanymi) ścieżkami.

Pod względem funkcjonalnym układy scalone nie są jednakowe. Można wśród nich wyróżnić grupy układów przeznaczonych do przetwarzania różnych sygnałów sensorycznych: wzrokowych, słuchowych, dotykowych, węchowych. Odpowiadają one polom pierwotnym (pierwszorzędowym) i polom drugorzędowym.

Oprócz grup sensorycznych występują również grupy asocjacyjne, złożone z układów scalonych o wejściach połączonych z wyjściami grup sensorycznych.

Na wyjściach układów sensorycznych otrzymujemy sygnały o charakterze spostrzeżeń jednomodalnych, natomiast na wyjściach układów asocjacyjnych otrzymujemy sygnały o charakterze spostrzeżeń wielomodalnych.

Oprócz grup sensorycznych i asocjacyjnych występuje jeszcze oddzielny sektor układów scalonych zajmujących się końcową integracją przetworzonych już sygnałów sensorycznych i asocjacyjnych. Są to grupy asocjacyjne najwyższego rzędu. Jest to centrum końcowego przetwarzania i sterowania (zlokalizowane w korze przedczołowej [prefrontal cortex]).

Płyta jest zaopatrzona w następujące układy pamięci [memory]:

• pamięć operacyjna (odpowiednik grzbietowo-bocznej kory przedczołowej [prefrontal cortex]),
• pamięć bieżąca (odpowiednik kory hipokampu [hippocampus] będącej pamięcią deklaratywną), która służy do zapamiętania miejsc, zdarzeń, faktów, pojęć i wyobrażeń,
• pamięć długotrwała zawarta w połączeniach synaptycznych sieci neuronowych układów scalonych (odpowiednik pamięci kory mózgowej),
• pamięć proceduralna do realizacji procesów zautomatyzowanych (odpowiednik jądra soczewkowatego [nucleus lentiformis] składającego się ze skorupy [putamen] i gałki bladej [globus pallidus]),
• pamięć genetyczna z gotowymi programami do obsługi płyty (odpowiednik jądra ogoniastego [nucleus caudatus]),

Skorupa, gałka blada i jądro ogoniaste wchodzące w skład ciała prążkowanego [corpus striatum], w wersji oryginalnej należą już do struktur podkorowych (jądra podstawne [basal ganglia]).

Szczególną rolę na płycie odgrywa wspomniany już odpowiednik pamięci bieżącej - hipokamp. Hipokamp zapewnia koncentrację uwagi, przypominanie informacji, które nie zdążyły się jeszcze zakodować w pamięci długotrwałej, jak również kontekstową obróbkę emocji.

Na płycie znajduje się też mikroprocesor wykonawczy nadzorujący pracę całej płyty i urządzeniami zewnętrznymi (odpowiednik sieci neuronalnej kory przedczołowej). Tu odbywa się formowanie sygnałów sterujących wychodzących poza płytę.

Płyta realizuje również funkcje limbiczne uzyskane dzięki odpowiednim połączeniom (odpowiednik polaczeń [wzgórze {thalamus} -> ciało migdałowate {amygdala} -> podwzgórze {hypothalamus}] oraz [wzgórze -> kora sensoryczna -> ciało migdałowate -> podwzgórze]). Znajduje się też cały mechanizm koncentracji uwagi (reticular activiating system) i mechanizm nagrody.

Płyta z układami scalonymi wyposażona jest w gniazdo wejściowe (odpowiednik wzgórza [thalamus]) i wyjściowe (odpowiedni dróg korowo-rdzeniowych) dla sygnałów sterujących układami wykonawczymi).

Po stronie płyty, gniazdo wejściowe rozprowadza sygnały wejściowe po układach scalonych. Część z tych sygnałów służy do włączania i wyłączania układów (odpowiednik połączeń nieswoistych pochodzących od układu siatkowatego). Pozostałe sygnały stanowią informacje wejściowych dla układów sensorycznych. Gniazdo wyjściowe natomiast odprowadza sygnały sterujące z płyty.

Bardzo to przypomina płytę główną współczesnego komputera.

Układ autonomiczny

Ośrodki nerwowe zlokalizowane w pniu mózgu (rdzeń przedłużony, most, śródmózgowie) i podwzgórzu [hypothalamus] (część międzymózgowia) wraz z przysadką mózgową spełniają rolę układu autonomicznego (wegetatywnego) organizmu. Odpowiadają one za utrzymanie funkcji życiowych organizmu takich jak: oddychanie, praca serca, ciśnienie tętnicze, łaknienie, wydalanie, dreszcze ciała, rozszerzanie naczyń, przemiana tłuszczów, przemiana węglowodanów, regulacja ilości wody, czynność wewnątrzwydzielnicza (w tym hormonalna), temperatura organizmu, popęd seksualny, odruchy zachowawcze i obronne, itd.

Ośrodki te wykonują czynności niezależnie od naszej świadomości (czynności wegetatywne), dzięki którym organizm funkcjonuje tak, jak to zostało zaprogramowane przez naturę.

Warto zauważyć, że ośrodki znajdujące się na niższym szczeblu tego układu (rdzeń przedłużony) zajmują się podstawowymi funkcjami utrzymania organizmu przy życiu takimi jak: oddychanie, praca serca i regulacja ciśnienia tętniczego. Najwyższym ośrodkiem układu automonicznego jest podwzgórze, tak jak dla procesów poznawczych kora mózgowa.

W pniu mózgu i podwzgórzu są zapisane programy potrzebne do sterowania pracą organów utrzymującym organizm przy życiu. Ten zapis został dokonany w drodze ewolucyjnego rozwoju organizmu. W układzie autonomicznym (wegetatywnym) znajdują się też wszelkie dane o całym organizmie potrzebne do pracy tak złożonego układu organicznego, jak organizm ludzki, dlatego zniszczenie np. pnia mózgu prowadzi do natychmiastowej śmierci organizmu. Po zniszczeniu nawet całej kory mózgowej, możliwe jest pozostawanie organizmu w stanie wegetatywnym.

W pewnych sytuacjach układ autonomiczny może jednak podlegać wpływom i kontroli kory mózgowej oraz strukturom podkorowym, które modyfikują wrodzony szablon automatycznego funkcjonowania organizmu. Dużą rolę w czynnościach modyfikacyjnych spełnia ciało midgałowate [amygdala] i podwzgórze [hypothalamus]. Ciało migdałowate potrafi gwałtownie pobudzić organizm, oddziałując na podwzgórze w sytuacji, w której wymagana jest np. obrona organizmu, zanim kora zdąży podjąć jakąkolwiek decyzję. Przeciwny wpływ ma kora przedczołowa [prefrontal cortex], znosząca pobudzające i gwałtowne (odruchowe) działanie ciała migdałowatego, dostosowując wcześniej podjętą decyzję ciała migdałowatego, do faktycznego stanu zagrożenia lub poprzez zastosowanie metody odroczenia reakcji, próbuje zareagować w sposób bardziej wyrafinowany, np. poprzez wcześniej podjętą strategię działania.

Wzgórze

Wzgórze [thalamus] znajduje się głęboko pod korą mózgową i istotą białą, w samym środku półkuli mózgowej. W zasadzie jest to grupa jąder należących do międzymózgowia, o szczególnej roli.

Rozprowadza między innymi impulsy nerwowe poprzez włókna rzutowe, nazywane także projekcyjnymi, wychodzącymi z ciała wzgórza w kierunku kory w postaci wieńca promienistego.

Właściwie każda okolica kory na połączenie ze wzgórzem. Wśród tych włókien znajdują się włókna, którym zadaniem jest stałe aktywowanie obszarów kory do aktywności (drogi nieswoiste związane z układem siatkowym) oraz typowe włókna rozprowadzające impulsy sensoryczne (czuciowe) do stałych (pierwotnych) obszarów kory.

Drogi nieswoiste podtrzymują stan czuwania, zapewniają skupienie uwagi, sprawność kojarzenia, regulację świadomości co powoduje również przebudzenie ze snu i zasypianie. Nazwa "nieswoiste" oznacza, że włóknami przebiegają impulsy, które nie są przeznaczone do odbioru sygnałów sensorycznych (przy drogach zstępujących - od kory mamy również podział na swoiste i nieswoiste. Te swoiste - piramidalne służą do przekazywania rozkazów do narządów ruchu). Zniszczenie dróg nieswoistych dochodzących do kory wywołuje stan przypominający długotrwałą śpiączkę. Jak z tego wynika poprzez wzgórze można włączać i wyłączać korę mózgową oraz uaktywniać ją na sygnały napływające z organów czuciowych (oka, uszu, dotyku, smaku) celem ich przetworzenia.

Połączenia ze wzgórzem można podzielić na połączenia wejściowe i wyjściowe, łączące z korą. Połączeniami wejściowymi sygnały docierają do wzgórza wybiegając z pnia mózgu (czuciowe i aktywujące-nieswoiste), móżdżku (koordynatora ruchu), jąder podstawnych (przede wszystkich skorupy i gałki bladej służących służących jako pamięć powtarzających się sekwencji ruchów [pamięć proceduralna]), narządu wzroku (sygnały docierają do ciała kolankowatego bocznego zawzgórza [zaliczanego do wzgórza]), narządu słuchu (sygnały docierają do ciała kolankowatego przyśrodkowego zawzgórza) i ciał suteczkowatych podwzgórza (realizując pętlę limbiczną).

Połączeniami wyjściowymi sygnały docierają z wzgórza poprzez drogi nieswoiste (aktywujące) do wszystkich obszarów kory, poprzez drogi swoiste do pierwszorzędowych pól czuciowych kory (pole Brodmanna 17 dla wzroku, pola 41,42 dla słuchu, pole 43 dla smaku, pola 1,2,3 dla dotyku), do ciała migdałowatego z pominięciem kory mózgowej (realizując pętlę limbiczną).

Pamiętać należy, że wzgórze jest jednym z ogniw w zamkniętej pętli bimbicznej (emocjonalnych) i zamkniętej pętli pamięci proceduralnej (kora - jądra podstawne - wzgórze - kora), związanej z automatyzacją ruchów.

Dokładniej wymiana sygnałów ze wzgórzem jest następująca: sygnały dotyku docierają do mózgu z receptorów znajdujących się na obwodzie naszego ciała poprzez rdzeń kręgowy (receptor -> rdzeń kręgowy --> pień mózgu --> wzgórze --> kora pierwotna [pola 1,2,3]). Sygnały wzroku docierają do wzgórza z narządu wzokowego - oka (oko --> wzgórze [ciało kolankowate boczne] --> kora pierwotna [pole 17]). Sygnały słuchu docierają do wzgórza od narządu słuchowego - ucha (ucho --> wzgórze [ciało kolankowate przyśrodkowe] --> kora pierwotna [pola 41,42]). Sygnały smaku docierają do wzgórza z narządu smaku - języka (język --> wzgórze --> kora [pola 43]).

Sygnały węchu jako jedyne nie docierają do kory poprzez wzgórze (nos --> kora gruszkowata). Jak się okazuje dotyczy to starej kory (trójwarstwowej). Ogólna zasada jest taka, że do wszystkich obszarów kory nowej (sześciowarstwowej) sygnały docierają poprzez wzgórze. Dotyczy to także wewnętrznych pętli ruchowych (z jądrami podstawnymi) służących do automatyzacji czynności, gdzie sygnał powrotny z jąder podstawnych dochodzi do kory poprzez wzgórze.

Aksony łączące wzgórze z korą docierają do czwartej warstwy neuronalnej kory. Warstwa ta jest odpowiedzialna za odbieranie sygnałów docierających z wnętrza mózgu (wzgórza).

Reasumując, znajdujące się poniżej spoidła wielkiego, wzgórze (największy ośrodek międzymózgowia) można potraktować jako stację przekaźnikową, do której dochodzą drogi rdzenne od receptorów znajdujących się na obwodzie naszego ciała (receptor -> rdzeń kręgowy --> pień mózgu --> wzgórze) i rozsyłane do odpowiednich obszarów kory mózgowej. Wzgórze można traktować jako miejsce kumulacji wszystkich sygnałów płynących z receptorów. Projekcja recepcyjna naszego ciała we wzgórzu przenoszona jest do kory mózgowej, do tzw. pierwszorzędowych obszarów kory. Właściwie każda okolica we wzgórzu ma swoją projekcję w korze. Inaczej mówiąc wzgórze jest tym miejscem, gdzie się zbiegają wszystkie drogi czuciowe (wzrokowe, słuchowe, czuciowe, smakowe oprócz węchu) po czym są rozprowadzanie do ośrodków pierwszorzędowych kory mózgowej, a poprzez drogi nieswoiste do wszystkich obszarów kory mózgowej. Takie zebranie dróg wstępujących w jednym miejscu ma również taką zaletę, że zbiorcze sygnały z obwodu ciała można wysyłać zarówno do kory mózgowej jak i do innych skupisk neuronów na przykład do ciała migdałowatego, w celu podjęcia natychmiastowej reakcji obronnej organizmu, zanim zostanie to zauważone w analizatorach kory mózgowej (dotrze do naszej świadomości).

Hipokamp

Hipokamp [hippocampus] jest niczym innym, jak zawiniętą do wnętrza półkuli częścią kory płata skroniowego (dotyczy to jej starej trójwarstwowej części), Zawinięcie to dotyczy przyśrodkowej, spodniej powierzchni kory (od strony zetknięcia się obu półkul mózgowych). Przekrój poprzeczny tego zawinięcia przypomina kształt konika morskiego (coś na kształt litery S), stąd nazwa - hipokamp, natomiast kształt podłuży przypomina róg Ammona, stąd druga nazwa hipokampa - róg Ammona. Chudszym końcem rogu hipokamp łączy się z zakrętem obręczy [cingulate gyrus] (leżącym również na przyśrodkowej powierzchni półkul, ale jej górnej części), a poprzez przylegający z boku zakręt zębaty [dentate gyrus] ma połączenie z długim, owijającym wzgórze, wąsem sklepienia [fornix], na którego końcu znajdują się ciała suteczkowate [mamillary bodies (należące do podwzgórza). Z hipokampem sąsiaduje także ciało migdałowate [amygdala] leżące na końcu ogona jądra ogoniastego. Poprzez jądro ogoniaste, ciało migdałowate ma połączenie ze skorupą należącą do prążkowia.

Hipokamp realizuje tymczasową, świadomą pamięć deklaratywną (miejsc, zdarzeń, faktów i wyobrażeń) oraz wspomaga tworzenie się pamięci korowej długotrwałej (konsolidacja). Jest też buforem przejściowym pomiędzy pamięcią operacyjną (krótkotrwałą), a pamięcią korową,długotrwałą.

Jądra podstawne

Należą do nich takie struktury podkorowe jak: jądro soczewkowate [lentiformis nucleus] (skorupa [putamen] + gałka blada [globus pallidus]), jądro ogoniaste [caudate nucleus], ciało migdałowate [amygdala] - ośrodek emocji, itd.

Warto nadmienić, że struktura złożona z jądra soczewkowatego i jądra ogoniastego nazywana jest ciałem prążkowanym [corpus striatum], natomiast ta sama struktura, ale już nie obejmująca gałki bladej, złożona ze skorupy i jądra ogoniastego nosi nazwę prążkowia [striatum]. Jądro soczewkowate (skorupa + gałka blada) leży między wyspą [insula], będącą płatem wyspowym, a wzgórzem. Jądro ogoniaste końcem swojego ogona styka się z ciałem migdałowatym. Do jąder podstawnych można jeszcze dodać jądro półleżące [accumbens] - jądro przyjemności, jądro niskowzgórzowe i istotę czarną.

Skupiska neuronów wewnątrz kresomózgowia zwane jądrami kresomózgowia lub jądrami podstawnymi [basal ganglia] czy też podkorowymi należą do starych filogenetycznie (powstałych na drodze rozwoju ewolucyjnego) części ośrodkowego układu nerwowego. Stanowią one jednakże bardzo istotną rolę w funkcjonowaniu mózgu i całego organizmu, ponieważ posiadają ośrodki pamięci proceduralnej dotyczącej czynności wykonywanych w sposób automatyczny (czynności zarówno wrodzonych jak i nabytych). Należą do nich ciało prążkowane [corpus striatum] czyli jądro ogoniaste [caudate nucleus], skorupa [putamen] i gałka blada [globus pallidus], a także ośrodki podświadomej pamięci emocjonalnej - ciało migdałowate [amygdala]. Jednak możemy te procedury modyfikować, najpierw konstrułując plan czynności w korze przedczołowej [prefrontal cortex], a następnie poprzez ustawiczne powtarzanie następuje utrwalenie czynności w podświadomych jądrach podstawnych. Po tym utrwaleniu czynności nie musi jej już towarzyszyć zwiększona uwaga (koncentracja świadomości) wydatkująca dużo wysiłku psychicznego, a prędkość wykonywania i niezawodność, gotowość do rozpoczynania czynności ulega znacznemu polepszeniu i przyśpieszeniu. Dzięki temu możemy polepszać nasze techniki wykonywania czynności.

Reasumując, pod wyspą [insula], będącą niewidocznym fragmentem kory, zagłębionej w brudźcie bocznej mózgu, można wymienić postępujące po sobie (w kierunku wnętrza półkuli), następujące skupiska istoty białej i szarej: torebka ostatnia (pasmo istoty białej), przedmurze (skupisko istoty szarej), torebka zewnętrzna (pasmo istoty białej), jądro soczewkowate = skorupa + gałka blada (skupisko istoty szarej), torebka wewnętrzna (pasmo istoty białej) i na końcu wzgórze (skupisko istoty szarej), które zajmuje środkową część półkuli mózgowej. Ogon jądra ogoniastego dotykającego swoją głową do skorupy (głowa jądra ogoniastego) jest zawinięty i jego koniec styka się z ciałem migdałowatym.

Modelowanie sztucznej inteligencji - systemy hybrydowe

Systemy hybrydowe są obecnie wytworem człowieka najbardziej zbliżonym do modelu funkcjonowania mózgu ludzkiego.

Już od drugiej połowy dwudziestego wieku próbowano skonstruować namiastkę funkcjonalną ludzkiego mózgu. Projektowano deklaratywne modele uwzględniające wybrane aspektów działania mózgu jak na przykład pamięci ludzkiej. Powstały modele pamięci w postaci sieci semantycznych (M. Ross Quillian - 1963 r.), mapy myśli (Tony Buzan - 1960 r.) i mapy pojęć (Joseph D.Novak - 1970 r.). Znalazły one zastosowanie we współczesnej informatyce.

Oprócz konceptualnych (pojęciowych) modeli opartych na modelowaniu rozwiązań w sferze najwyższej abstrakcji i uwzględniających jedynie produkty rozumowania umysłowego, zwrócono się także do źródła praprzyczyny, czyli sieci neuronowej. W 1943 roku W.McCulloch i W.Pitts zaproponowali pierwszy matematyczny model sztucznej komórki nerwowej - neuronu. Od takiego czasu technika sztucznych sieci neuronowych bardzo się rozwinęła.

Wadą sieci neuronowych jest trudność przetwarzania sekwencyjnego, a takie przetwarzanie istnieje w mózgu i to na najwyższym poziomie, myślenia. Zaletą jest korzystanie z wiedzy bez wnikania w istotę rozpatrywanej dziedziny.

Aby zwiększyć potencjał przetwarzania połączono sieci neuronowe z regułowymi systemami ekspertowymi. Te pierwsze dokonywały przetwarzania na poziomie równoległej sieci nerwowej, a te drugie na poziomie abstrakcyjnych procesów myślowym. Takie kompozyty nazwano systemami hybrydowymi.

Przetwarzanie w systemach hybrydowych polega na tym, że sieć neuronowa przetwarza dane wejściowe, a regułowy system ekspertowy przetwarza dane pośrednie na postać bardziej dogodną do dalszego przetwarzania problemów. Taki podział pracy widzimy też w mózgu człowieka.

Sieci neuronowe w systemach hybrydowych bardzo upraszczają proces pozyskiwania wiedzy. Zamiast wyprowadzać reguły dokonuje się trenowania sieci neuronowej na podstawie reprezentatywnych przykładów. Natomiast sieci ekspertowe umożliwają analizę posiadanej wiedzy i stosowanie objaśnień zastosowanego rozwiązania.

Warto wskazać zalety sieci neuronowych. Są nimi:

1. zdolność przetwarzania niekompletnych danych,
2. możliwość wytwarzania rezultatów przybliżonych,
3. szybkie i efektywne przetwarzanie dużych ilości danych,
4. przetwarzanie równoległe, rozproszone
5. skojarzeniowy dostęp do informacji zawartej w sieci (adresowanie zawartością, a nie miejscem), taw. pamięć skojarzeniowa;
6. informacja rozproszona (zawarta w połączeniach),
7. duża tolerancja na błędy i uszkodzenia,
8. możliwość przetwarzania informacji rozmytych, chaotycznych, niekompletnych, a nawet sprzecznych.

Dzięki systemom hybrydowym przetwarzanie symboliczne charakterystyczne dla tradycyjnych systemów ekspertowych może być komplementarne względem rozproszonego przetwarzania równoległego, jakim odznaczają się sieci neuronowe.

Można wymienić również płaszczyznę współpracy sieci neuronowych z systemami ekspertowymi:

1. System ekspertowy może być używany do uczenia sieci neuronowej. W tym przypadku system ekspertowy służy do przygotowania danych trenujących dla sieci neuronowej.
2. Sieć neuronowa może wstępnie przetwarzać dane wejściowe dla systemu ekspertowego (np. dane z czujników) na postać bardziej dogodną do dalszego przetwarzania. Możę wówczas następować wstępne uogólnianie i oczyszczanie danych wejściowych z szumu informacyjnego.
3. System ekspertowy może kontrolować informacje przepływające przez różne sieci neuronowe. System ekspertowy decyduje wówczas, która sieć neuronowa dla określonego rodzaju danych wejściowych powinna zostać zastosowana. W tym przypadku system ekspertowy zarządza wieloma sieciami neuronowymi wybierając tę, która najlepiej odpowiada wymaganiom w danych memencie lub która jest przystosowana do wykonania pewnej operacji.
4. System ekspertowy może przejmować dane wychodzące z sieci neuronowej lub zestawu sieci neuronowych i przedstawiać rozszerzony (zgodnie z tym, co sam wie) sposób ich interpretacji.
5. System ekspertowy może na żądanie objaśniać działanie całego systemu włącznie z działaniem i interpretacją wyników samej sieci neuronowej. W takim przypadku sieci neuronowe mogą być przystosowane do zarządzania, sterowania i w ogólności samodzielnego podejmowania decyzji na podstawie napływających sygnałów wejściowych.
6. Sieć neuronowa może być wykorzystana do pozyskiwania wiedzy dla systemu ekspertowego. W podejściu tym wykorzystuje się włąściwości samoorganizowania się sieci neuronowej oraz uczenia bez nadzoru.

Typowy system hybrydowy może składać się z sieci neuronowej, systemu ekspertowego, który korzysta z relacyjnej bazy danych.

Większość współcześnie budowanych i wykorzystywanych sieci neuronowych ma budowę warstwową, przy czym ze względu na dostępność w trakcie procesu uczenia wyróżnia się warstwy: wejściową, wyjściową oraz warstwy ukryte.

Charakterystyczną cechą sieci neuronowych jest ich zdolność do przetwarzania informacji w sposób równoległy, całkowicie odmienny od szeregowej pracy tradycyjnego komputera.

Programowanie sieci neuronowych polega na adaptacji ich do zadanych sygnałów wejściowych w procesie uczenia tych sieci. Głównym ich zastosowaniem było rozpoznawanie np: mowy czy  obrazów jak pisma, twarzy. W przypadku pisma, sieci neuronowe mogą być nawet niewrażliwe na zniekształenia znaków, ich rozmiary, przesunięcia, obroty. Wymagają wówczas bardzo wielkiej liczby elementów (neuronów) i połączeń. Innym zastosowaniem było: odtwarzanie obrazów z ich fragmentów, sterowanie ruchami robota, wydobywanie informacji z bazy danych, rozpoznawanie sygnałów z zastosowaniem radarów, sonaru, sygnałów wibroakustycznych. Jeszcze kolejnym zastosowaniem były zadania typu optymalizacyjnego, diagnostyka, prognozy, poszukiwanie,interpretacja, analiza, planowanie, typowanie, dobór, selekcja, sterowanie, kontrola.

70 % zastosowań sieci neuronowych jest rozpoznawanie, a zwłaszcza rozpoznawanie kontekstowe i inwariantne (niezależne od przekształcenia).

Sieć na podstawie zadawanych im zadań programuje się sama i dlatego nie znamy konfiguracji topologicznej parametrów wag elementów sieci.

Sieć neuronowa zajmuje się rozpoznawaniem symboli w świecie rzeczywistym, czyli obsługą ich desygnatów. Łatwiejsze i szybsze jest przetwarzanie samych symboli.

Aby poznać wiedzę z zakresu funkcjonowania myśli ludzkiej, należy ją rozpatrzyć z dwóch poziomów widzenia: najniższego, jakim jest warstwa sprzętowa (organiczna), czyli funkcjonowanie sieci neuronalnej ośrodkowego układu nerwowego człowieka, a z drugiej strony - poziomu najwyższego, czyli psychologicznych aspektów jego zachowania.

Najtrudniejszy do poznania pozostaje jednak kryjący się między tymi poziomami poziom pośredni, opor ny zarówno bezpośredniemu poznaniu jak i introspekcji, albowiem metodologia funkcjonowania myśli zawarta jest w także w podświadomym działaniu. Tą warstwę tworzy wynik scalania procesów poznawczych, pochodzących od różnych, wyspecjalizowanych ośrodków czuciowych, tworzących symboliczne substytuty, będące podstawowymi elementami operowania umysłu ludzkiego.

Myśląca maszyna - "Thinker"

Na początku warto udzielić odpowiedzi na dość często pojawiające się w środkach masowego przekazu pytanie, czy człowiek jest zdolny lub czy będzie potrafił stworzyć sztuczny mózg? Od razu odpowiem. Po co? Czyż człowiek chce również stworzyć dokładną, sztuczną replikę wszystkich organów człowieka dla tego sztucznego mózgu?

Przeprowadźmy dalej analizę celowości wytworzenia sztucznej repliki ośrodkowego układu nerwowego.

Zacznijmy od rdzenia. Rdzeń rozprowadza po całym obwodzie ciała impulsy nerwowe sterujące działaniem naszego organizmu płynące z mózgu (przednie rogi istoty szarej rdzenia) i odbiera sygnały z receptorów czuciowych rozmieszczonych na obwodzie naszego ciała (tylne rogi istoty szarej rdzenia). Pasuje on do reszty ciała, a sam nie przedstawia większej wartości.

Wchodząc do mózgu. Rdzeń przedłużony steruje pracą serca, oddechem i reguluje ciśnienie krwi, czyli replikowanie rdzenia przedłużonego w oderwaniu od podstawowego układu utrzymania życia też nie ma uzasadnionych podstaw.

Umieszczony na pniu mózgu na wysokości mostu móżdżek koordynuje wykonanie ruchów. Trudno byłoby uczyć móżdżek tej koordynacji bez obecności mięśni i receptorów mięśniowych narządów ruchu.

Powyżej mostu pnia mózgu mieści się śródmózgowie, potem podwzgórze międzymózgowia i przysadka mózgowa. Razem tworzą bardzo zaawansowany biologicznie system sterowania układem autonomicznym (wegetatywnym) organizmu. System ten posiada wrodzone programy zarządzania pracą organów wewnętrznych. Zreplikowanie tych elementów mózgu wiązałoby się również z realizacją przez nie takich programów funkcjonowaniem ciała jak: wydalanie, przemiana tłuszczów, przemiana węglowodanów, regulacja ilości wody, czynność wewnątrzwydzielnicza (w tym hormonalna), temperatura organizmu, popęd seksualny, dreszcze ciała, rozszerzanie naczyń, odruchy zachowawcze i obronne itd. Bez ciała istnienie tej części mózgu jest więc bezcelowe.

Jak widać, omawiane do tej pory części mózgu są trwale związane z organami ciała. Ich zadaniem jest sterowanie tymi organami poprzez z góry ustalone genetycznie programy. Wszelkie odchyłki w ich działaniu prowadzą do dysfunkcji funkcjonowania organizmu, a nawet śmierci. Dlatego śmieszą nie te ciągłe spory dotyczące możliwości stworzenia sztucznego mózgu. Jeżeli teoretycznie taki mózg zostałby stworzony, to należałoby go podłączyć do reszty ciała jakiegoś dawcy, aby można by testować działanie tego mózgu, aby sprawdzić, czy dobrze został opracowany.

Powstaje pytanie. Które części mózgu są uniwersalne, zdolne do przystosowywania się, a więc inteligentne i nie związane z ciałem, które można by przenieść na jakiś sztuczny wytwór człowieka, na przykład do środowiska komputera. Odpowiedź wskazuje na kresomózgowie, które stanowi przede wszystkim kora mózgowa i jądra podstawne.

Kora mózgowa posiada jednak obszary, które w dalszym ciągu są powiązane z ciałem i posiadające reprezentację tego ciała. Są to pierwszorzędowa kora słuchowa (pola Brodmanna 41,42), pierwszorzędowa kora wzrokowa (pole 17), pierwszorzędowa kora dotykowa (pola 1,2,3), pierwszorzędowa kora smakowa (pole 43), pierwszorzędowa kora ruchowa (pole 4), pierwszorzędowa kora węchowa. Pola te związane są z narządami czuciowymi i ruchowymi organizmu. Istnienie tych pół kory bez swoistych narządów ruchu i receptorów czuciowych zatraca ich sens istnienia.

Z korą pierwszorzędową powiązana jest także kora drugorzędowa. Zlokalizowane są tutaj analizatory oparte na funkcjonowaniu pól pierwszorzędowych. Dopiero wyjścia końcowe tych analizatorów można już traktować, jako niezależne od fizycznego istnienia reszty ciała. Tu można dokonać sprzęgu z inną technologią niż biologiczną. W przypadku kory zawiadującej ruchami interesujące są przedczołowe obrzeża pól przedruchowych, jako niezależne od fizycznego istnienia narządów ruchu...

Jednostki wyjściowe końcowych analizatorów i jednostki wejściowe przedczołowych obrzeży ruchowych stają się podstawowymi elementami działania symbolicznej kory asocjacyjnej, zlokalizowanej w płacie ciemieniowym, skroniowym, a przede wszystkim przedczołowym.. Widać tu dużą zbieżność koncepcji biologicznej z koncepcją komputerowego systemu zarządzania wiedzą SymP. Ta zbieżność otwiera realną możliwość przeniesienia uniwersalnej części mózgowia do sztucznego środowiska, jakim jest komputer. Stara część mózgowia układu autonomicznego związanego z ciałem może być tu zastąpiona niekompatybilnym elektronicznym środowiskiem komputera.

Kora asocjacyjna wyższego rzędu jest także środowiskiem działania myśli ludzkiej. Jest to środowisko niezależne od fizycznych szczegółów budowy ciała ludzkiego, uniwersalne i z tego tytułu  może być łatwo przeniesione do maszyny. To spostrzeżenie doprowadziło do nowej koncepcji sztucznego odpowiednika środowiska myśli w maszynie nazwanej "myślicielem".

Do pracy kory asocjacyjnej w funkcji myśli potrzebna jest pamięć operacyjna pobudzenia neuronalnego (pamięć krótka), uniwersalna i deklaratywna pamięć czasowa - hipokamp, pamięć proceduralna jądra soczewkowatego (dla wykonawczych i podświadomych procesów sekwencyjnych), pamięć z programami genetycznymi (jądro ogoniaste), pamięć emocjonalna (części podświadomej systemu limbicznego), pamięć korowa trwała. Od strony informatycznej jest jasno widoczna i celowa specjalizacja tej pamięci.

"Myśliciel" nie jest zimną nieczułą maszyną jak komputer, ponieważ została wyposażona ona w układ limbiczny oraz nagrody i z tego tytułu nie potrzebuje motywacji człowieka do działania. Może sama realizować swoje zadania i to w zmieniających się warunkach otoczenia, a nawet bronić się, w granicach swoich możliwości, przed zniszczeniem. Może wydawać się to nam, jak z pogranicza fantazji, ale po prostu wszczepione zostały jej mechanizmy limbiczne człowieka, na tyle, na ile to jest jej potrzebne.

Całą pracą umysłową maszyny zajmuje się wbudowany system SymP. Bazą doświadczeń i osobowości myśliciela zajmuje się uniwersalna baza wiedzy SymP. Możliwość współdziałania z urządzeniami zewnętrznymi jakimi są elektroniczne urządzenia czuciowe, ruchowe i komunikacji odbywa się poprzez wbudowane w system SymP interfejsy umożliwiające połączenie symbolicznej przestrzeni maszyno-myśli z fizycznymi odpowiednikami tych urządzeń. Oznacza to, że myśliciel może współpracować z urządzeniami zewnętrznymi, jak i też może komunikować się poprzez komputer i sieć komputerową.

Ogólne nazwa "myśliciel" (ang. thinking machine lub w skrócie thinker) dotyczy nazwy maszyny myślącej opartej na symbolicznej bazie wiedzy (system SymP) i założeniach funkcjonalnych kresomózgowia człowieka.

Wybór języka symbolicznego SymP został podyktowany jego niezwykłą prostotą, duża uniwersalnością, a przede wszystkim przystosowaniem do sposobu myślenia człowieka (stąd łatwa adaptacja do procesów myślowych).

Maszyna "myśliciel" jest wstępnie programowalna przez człowieka. Oprogramowanie to wchodzi w skład procedur genetycznych "myśliciela" na wzór procedur genetycznych jądra ogoniastego człowieka. W czasie działania maszyna programuje się sama i zbiera doświadczenia. Cała jej wiedza jest ładowana do bazy wiedzy SymP. Z tej bazy wiedzy wynikają jej osobowość, doświadczenia oraz, rzecz jasna, inteligencja.

Ogólne założenia projektowe myślącej maszyny "Thinker"

• Pamięć operacyjna (krótka) jest zlokalizowana w korze przedczołowej
• Pamięć operacyjna na charakter symboliczny i asocjacyjny
• Pamięć operacyjna jest związana ze stałym pobudzeniem przez układ siatkowy.
• Pobudzenie, związane z pamięcią operacyjną, odbierane jest jako świadomość.
• Pamięć operacyjna łączy aktualne myśli z wyobrażeniami podobnymi, zapisanymi już w pamięci bieżącej (hipokamp)
• Pamięć sensoryczna bardzo krótka (poniżej jednej sekundy) - pamięć podczas przetwarzania analizatorów
• Pamięć bieżąca - sięgająca do trzech lat wstecz - zlokalizowana jest w hipokampie, który zarejestrowane bieżące wydarzenia przesyła nieustannie do pamięci trwałej w korze mózgowej. Ten proces przesyłania i zapisywania informacji ma swoje odzwierciedlenie w czasie snu.
• Pamięć bieżąca zapewnia przetwarzanie informacji z pamięci operacyjnej do pamięci długotrwałej
• Pamięć długotrwała jest zlokalizowana w korze mózgowej
• Pamięć długotrwała dokonuje zapisu wrażeń o podobnych treściach w tych samych obszarach kory mózgowej.
• Kora przedczołowa jest odpowiedzialna za myślenie i podejmowanie decyzji
• Myśleniu towarzyszą: rozpoznanie, tok myśli, decyzja i emocja
• W procesie myślenia występują następujące operacje: uogólnianie, porównywanie, łączenie, abstrahowanie, synteza, analiza, wnioskowanie
• Kora przedczołowa jest źródłem decyzji wynikłych z mowy wewnętrznej
• Podstawą myślenia są informacje przetworzone już przez zmysły wewnętrzne.
• Występuje równoważność informacji myślowych, pamięci oraz pochodzących od przetworzonych zmysłów wewnętrznych
• Umysł scala odebrany materiał uzyskany w przebiegu myślenia, pamięci i zmysłów zewnętrznych
• Scalanie myśli i informacji z pamięci pomija znaczną ilość nieistotnych szczegółów (abstrakcja), co umożliwia łatwą identyfikację i rozumienie
• Funkcję mowy realizują: ośrodek rozpoznania mowy (ośrodek Wernickego) i ośrodek wykonywania mowy (ośrodek Broca).
• Zadaniem funkcji mowy jest łączenie danych zmysłowych z pojęciami i znakami językowymi
• Podczas łączenia pojęcia ze znakami językowymi, zapisanymi w ośrodkach mowy pod postacią słów, następuje identyfikacja poszczególnych pojęć i ich zapisywanie w pamięci w postaci wiedzy
• Język umożliwia łączenie pojęć i ich przetwarzania, a następnie wyrażanie produktów myślenia w mowie zewnętrznej
• Ośrodki podkorowe współpracują z ośrodkami korowymi
• Ośrodki podkorowe są pierwszymi odbiorcami informacji otrzymanymi przez zmysły zewnętrzne
• W jądrze ogoniastym są zlokalizowane automatyczne procedury myślenia (metodologia myslenia)
• W ciele migdałowatym jest zlokalizowany detektor identyfikacji i ostrzegania o niebezpieczeństwie i zagrożeniu. Jest dokonywana identyfikacja emocjonalna każdej informacji otrzymanej w trakcie spotkania z obiektem zewnętrznym
• Po pierwszej reakcji ciała migdałowatego kontrolę przejmuje kora przedczołowa wykorzystująca rozumienie aktualnej sytuacji
• Po każdorazowej identyfikacji korowej informacja poddawana jest ocenie emocjonalnej, która ma decydujący wpływ na przebieg spotkania i treść relacji z otoczeniem.
• Połączenie myśli z emocjami jest źródłem zainteresowania
• Emocje towarzyszące wszystkim procesom korowym są czynnikiem energetyzujący dla wszystkich procesów umysłowych i zmysłowych
• Warunkowanie emocji ze względu na kontekst: - [myśl w korze przedczolowej lub wrażenie w korze sensorycznej -> hipokamp -> ciało migdałowate -> podwzgórze]
• Warunkowanie emocji ze względu na bodziec - [wzgórze -> ciało migdałowate -> podwzgórze]
• Warunkowanie uświadomionej emocji - [wzgórze -> kora -> ciało migdałowate -> podwzgórze]
• Uczenie kontekstu emocjonalnego - [wzgórze -> ciało migdałowate -> hipokamp <- kora]

Praktyka programowania pokazuje, że szukając rozwiązania, na przykład sposobu emulacji myśli ludzkiej w środowisku komputera, musimy zacząć od przygotowania założeń do opracowania projektu aplikacji realizującej taką emulację. Dla projektu maszyny myślącej do opracowania takich założeń potrzebna jest szczegółowa wiedza z zakresu funkcjonowania myśli ludzkiej. Przed podjęciem jakiegokolwiek działania w tym względzie musimy na początku musimy określić cel, do którego będziemy zmierzali. Takim celem jest opracowanie maszyny myślącej, o nazwie "myśliciel" (ang. thinker).

Opracowanie maszyny, która myśli, wiąże się z połączeniem dwóch obszarów wiedzy, jakimi są: neurofizjologia i informatyka. Realizacją tego połączenia może być współpraca dwóch fachowców: neurofizjologa i informatyka, każdy dobrze wyspecjalizowany w swojej dziedzinie. Problemem staje się jednak trudność współpracy tych specjalistów, ponieważ każdy posługuje się innym słownictwem i wiedzą z zakresu swojej specjalności. Aby nastąpiła taka współpraca przynajmniej jeden ze specjalistów musi posiąść przynajmniej podstawowe słownictwo i wiedzę z zakresu specjalności drugiego specjalisty, na przykład informatyk może posiąść podstawowe wiadomości z zakresu anatomii i fizjologii działania mózgu, aby móc przełożyć wiedzę neurofizjologa na swoją dziedzinę wiedzy.

Do testowania funkcjonowania zrealizowanego już modelu projektu maszyny myślącej i dokonania w nim ewentualnych zmian, potrzebny jest jeszcze dodatkowy specjalista z zakresu neuropsychologii, aby ocenić jakość i funkcjonowanie tego projektu od strony zewnętrznej. Niby powyższe uwagi nie wnoszą wiele do rozwiązywanego problemu, ale pokazują prawidłową kolejność postępowania.

Waldemar Wietrzykowski
Computational Neuroscience
Digital Intelligence Laboratory
email:

Literatura

1. Teresa Górska, Anna Grabowska, Jolanta Zagrodzka: Mózg a zachowanie, Wydawnictwo Naukowe PWN,Warszawa 1997.
2. Leszek Janiszewski, Grażyna Barbacka-Surowiak, Józef Surowniak: Neurofizjologia porównawcza, Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa 1993.
3. Bogusław Żernicki: Mechanizmy działania mózgu, Wszechnica Polskiej Akademii Nauk, Warszwa 1980.
4. Doc.dr med. Stefan Klonowicz: Praca umysłowa, Państwowy Zakład Wydawnictw Lekarskich, Warszawa 1974.
5. Peter. N.R.Usherwood; Układ Nerwowy, Państwowe Wydawnictwo Naukowe,Warszawa 1976.
6. Bogusław Gołąb, Władysław Z.Traczyk Anatomia i fizjologia człowieka, podręcznik dla studentów farmacji, Państwowe Zakłady Wydawnictw Lekarskich, Warszawa 1981.
7. Jan J. Mulawka: Systemy ekspertowe,WNT Warszawa1996
8. Eugeniusz Gatnar, Katarzyna Stąpor: Prolog. Język sztucznej inteligencji, Wydawnictwo PLJ, Warszawa 1991
9. Czesław Basztura: Rozmawiać z komputerem, Wrocław 1992
10. Joanna Chromiec, Edyta Strzemieczna: Sztuczna inteligencja. Metody konstrukcji i analizy systemów eksperckich, Akademicka Oficyna Wydawnicza PLJ, Warszawa 1994

Zobacz linki

11. Marek Kasperski: http://www.kognitywistyka.net/mozg/funkcje.html
12. Professor Mark Dubin - University of Colorado: http://spot.colorado.edu/~dubin/talks/brodmann/brodmann.html
13. Wodzisław Duch: http://www.fizyka.umk.pl/~duch/Wyklady/kog-m/
14. Wodzisław Duch: http://www.fizyka.umk.pl/~duch/Wyklady/Mozg/
15. Wodzisław Duch: Funkcjonalna budowa mózgu, http://www.is.umk.pl/~duch/Wyklady/Mozg/06-budowa.htm
16. Wodzisław Duch: Wyższe czynności psychiczne, http://www.fizyka.umk.pl/~duch/Wyklady/kog-m/04-p.htm
17. Wodzisław Duch: Działanie mózgu, najprostsze teorie, http://www.fizyka.umk.pl/~duch/Wyklady/kog-m/02.htm
18. Wodzisław Duch: Pozostałe zmysły, http://www.fizyka.umk.pl/~duch/Wyklady/kog-m/03-d.htm
19. Wodzisław Duch: Pień mózgu, http://www.fizyka.umk.pl/~duch/Wyklady/Mozg/07-1-pien.htm
20. Wodzisław Duch: Słowniczek mózgu, http://www.fizyka.umk.pl/~duch/Wyklady/Mozg/Slowniczek.htm
21. Wodzisław Duch: Umysł i molekuły, http://www.fizyka.umk.pl/~duch/Wyklady/kog-m/07.htm
22. Wodzisław Duch: Pamięć, http://www.fizyka.umk.pl/~duch/Wyklady/kog-m/04-pam.htm
23. Wodzisław Duch: Emocje i układ limbiczny, http://www.is.umk.pl/~duch/Wyklady/Mozg/07-3-limbiczny.htm
24. woland_83@tlen.pl: Anatomia ośrodkowego układu nerwowego, http://www.scapula.pl/~hubi/download/anatomia/neuroanatomia.pdf
25. Oleksy Adam: Inteligencja emocjonalna: http://4programmers.net/Z_pogranicza/Inteligencja_emocjonalna
26. dr n. med. Adam Klasik: Anatomiczna i neurobiologiczna analiza struktur odpowiedzialnych za procesy przetwarzania informacji,http://www.memowiadomosci.pl/txt/a,27,4
27. prof. dr hab. Ewa Czerniawska: Psychologia uczenia się i pamięci,http://hal.psych.uw.edu.pl/nowykatalog2006.cgi?co=kurs&kurs=18
28. Małgorzata Świerkocka-Miastkowska1, Maciej Klimarczyk, Roman Mazur: Zrozumieć układ limbiczny: http://www.psychiatria.med.pl/darmowy_pdf.phtml?indeks=14&indeks_art=119
29. Neurofizjologia. Wykład II: http://www.kopernika.pl/magazyn/II%20ROK/Fizjologia/ (+) Fizjologia%20-%20inne/Fizjologia%20-%20neurfizjologia%20skrot.doc
30. Edward E. Flotte: Neuroscience, http://www.flotte2.com/Neuroscience
31. Układ nerwowy: http://www.resmedica.pl/rmart0007.html
32. Wybrane pojęcia zneurologii: http://www.zdrowie.med.pl/uk_nerwowy/anat_i_fizjo/a_un.html
33. Budowa układu nerwowego: http://www.ratownik-medyczny.za.pl/anatomia/anatomia6.htm
34. System informacyjny człowieka: http://home.agh.edu.pl/~ergonom/ergonomia/nr_12.htm
35. Elżbieta Łuczywek: Neuropsychologiczne aspekty choroby Alzheimera, http://www.alzheimer.pl/patients/pub.html?chapter=125&pub=1946
36. Neurologia: http://www.neurologiaa.prv.pl/mozg.html
37. Móżdżek: http://www.pomoz_anisi.republika.pl/medycyna.html
38. Robert M. Hazen, Maxine Singer: Mózg człowieka. Jaka jest podstawa pamięci? http://www.wiw.pl/biblioteka/czarne_hazen/01.asp
39. Patrycja Nocoń: Mózgowe mechanizmy mowy, http://www.logopeda24.eu/m%F3zgowe.html
40. Anna Błońska: Sztuczny mózg myszy, http://kopalniawiedzy.pl/wiadomosc_2422.html
41. Ewelina Karpacz: Figle umysłu, http://www.olik.piwko.pl/figle.html
42. Urszula Mirosz: Wpływ dominacji stronnej na słyszenie, przetwarzanie i przechowywanie informacji językowych, http://www.szkolarodzinna.pl/pliki/Urszula%20Mirosz.doc
43. Urszula Witaszczyk: Afazja - definicja i podział, http://www.logopedia.pl/index.php?option=com_content&task=view&id=365&Itemid=37
44. Władysław Pitak: Afazja (diagnoza i leczenie wg Łurii), http://afazja.webpark.pl/logos21/
45. Zagadki ludzkiego umysłu: http://atalanta.w.staszic.waw.pl/pamucz.html
46. Wprowadzenie do bilateralnej teorii umysłu, ADEVIQ - Samodzielny Proprzemysłowy Instytut Naukowy. Wydział Filozofii, http://www.filozofia.adeviq-spin.pl/neuronowa.html
47. Marcin Rotkiewicz, Aneta Brzezicka: Czy to jeszcze pamiętasz, http://www.polityka.pl/polityka/index.jsp?news_cat_id= (+) 1304&news_id=164096&layout=16&page=text&place=Text01
48. Alina Borkowska: Pamięć operacyjna i jej zaburzenia w chorobach psychicznych, http://termedia.pl/magazine.php?magazine_id=8&article_id=358&magazine_subpage=FULL_TEXT
49. Jerzy Vetulani: Pamięć - wewnętrzny zmysł duszy, http://www.l-earn.net/index.php?id=47
50. Marta Rynda: Wyparte wspomnienia z perspektywy neurofizjologii, http://www.racjonalista.pl/kk.php/s,4913
51. M. Pąchalska, J. Talar, P. Baranowski, B.D. MacQueen: Rehabilitacja funkcji wykonawczych u chorych po zamkniętych urazach czaszki, http://www.medsport.pl/ortopedia/archiwum04/varia-3.htm
52. Waldemar Szelenberger: Neurobiologia snu, http://www.viamedica.pl/gazety/gazetaS/darmowy_pdf.phtml?indeks=2&indeks_art=19

Zobacz też

• SymP - baza wiedzy dla techniki kosmicznej
• Wprowadzenie do opisu języka SymP
• Czy komputer potrafi myśleć?
• Kręgi Vesyper™
• "Biologiczna Sieć Pakietowa"™
• Telepatia
• Publications / Download

Linki

• Inteligencja

<  1  2  3  4  5  6  7  8  9  10  11  12

Copyright  © 16.05.2008 net3plus