Wstęp do kognitywistyki II

ćwiczenia · I rok · semestr letni 2025/2026 · 30h

Podstawowe pojęcia

Mózg i doświadczenie

Czytasz płynnie te słowa dzięki dekadom treningu swoich sieci neuronowych. Gdyby ktoś skanował Ci mózg, widziałby wzorce aktywności elektrycznej, przepływ krwi, sygnały BOLD w fMRI. Z boku widać Twoje oczy poruszające się wzdłuż tekstu, wyraz twarzy, może skinienie głową. Od środka... po prostu czytasz. Doświadczasz znaczenia tekstu.

Dwie perspektywy: od wewnątrz i z zewnątrz. Od tego zaczynamy ten kurs.

Model

Doświadczana "rzeczywistość" to model powstały w wyniku wielu lat treningu Twoich biologicznych sieci neuronowych. Doświadczasz modelu generowanego przez aktywność swoich sieci mózgowych. Treść doświadczenia to model. Uszkodzenie zakrętu wrzecionowatego wykasuje twarze z treści Twojego doświadczenia; uszkodzenie V5/MT sprawi, że odświeżanie rzeczywistości zwolni do kilku klatek na sekundę; uszkodzenie prawej kory ciemieniowej tymczasowo wymaże lewą stronę doświadczenia.

"Ty" też jesteś modelem. Jesteś historią swoich wcześniejszych doświadczeń, opowieścią, jaką kultywujesz w swojej spójnej narracji tłumaczącej Twoje życie. Jak myślisz o sobie? Jak się zmieniasz? Czy masz jedno czy wiele żyć? Możliwe, że jesteś pomocną i życzliwą osobą, ale uszkodzenie mózgu może sprawić, że zmienisz się diametralnie, jak Phineas Gage. W innych przypadkach tożsamość może zniknąć całkiem: demencja uniemożliwia tworzenie spójnej narracji o sobie i zapamiętywanie swojej historii. "Ty" to też model. Budowany od momentu urodzenia (Piaget), wzorując się na afordancjach zapewnianych przez bliskich (Vygotsky).

Jedyne co zostaje, to interakcja między "Ty" a "rzeczywistością". Między Twoją perspektywą a treścią. Na tym styku jest doświadczanie. To wydaje się najbardziej prawdziwe, uniwersalne. Ale niebezpiecznie oddala się w kierunku filozofii.

Wróćmy do modeli. Model powstał podczas lat treningu. Joscha Bach zauważa, że Genesis może być interpretowane jako budowanie modelu świata przez dziecko przychodzące na świat.

Piaget opisał ten proces jako stadia rozwoju. Odzwierciedlają one trening kolejnych sieci neuronowych (sensomotorycznych, uwagi, kontroli, domyślnej). Sieci przekazują informacje między sobą, dostarczając sobie błędy predykcyjne (bottom-up) i predykcje (top-down). Stadia rozwoju wskazują na kolejność wyłaniania się kompetencji, jednak ich rozwój trwa całe życie. Stadium sensomotoryczne (i pierwszorzędowe sieci oraz sieć uwagowa) to fundament, na którym budowane są struktury kolejnych sieci.

Sensoryczno-motoryczne (0-2 lata): świat jest czystym doznaniem. Dotyk, smak, ruch. Chwytasz, wkładasz do ust, rzucasz. Powoli odkrywasz, że rzeczy istnieją nawet gdy na nie nie patrzysz. Twój pierwszy model: świat trwa. Ten model buduje się we wspólnej przestrzeni wraz z opiekunami (we-space). Opiekun dostarcza pierwsze i najważniejsze (z perspektywy dziecka) afordancje. Sieci sensoryczne (01) dominują. Wszystko jest bottom-up. Komunikacja jest przedwerbalna: synchronizacja spojrzenia, mimiki, wokalizacji.

Przedoperacyjne (2-7 lat): pojawiają się symbole. Słowa. Zabawa "na niby." Wspólna przestrzeń się rozpada: masz teraz swoją własną perspektywę. Swoje własne zdanie. Symbole tworzą nową kategorię afordancji: możesz nazwać rzeczy, udawać, że klocek to samochód. Twój model ma jedną perspektywę. Błędy predykcyjne generujesz samodzielnie, przez zabawę i eksplorację. IFG zaczyna przetwarzać język. Mowa jest społeczna: mówisz do ludzi. Około trzeciego roku życia zaczynasz mówić do siebie na głos. Budujesz wieżę z klocków i komentujesz: "teraz ten... za duży... ten mały..." Język staje się narzędziem kierowania własnym działaniem.

Operacji konkretnych (7-11 lat): Zaczynasz modelować ciągi przyczynowo-skutkowe. Możesz sortować, klasyfikować, szeregować. Afordancje stają się przewidywalne, łączą się w ciągi: wiesz, co się stanie, gdy coś zrobisz. Potrafisz symulować w swoim modelu błędy predykcyjne zanim wystąpią. Sieć kontroli (04) angażuje się coraz silniej: "co z tym zrobić?" Mowa prywatna cichnie. Internalizuje się. Staje się myśleniem słowami. Działania wcześniej komentowane na głos teraz komentowane są prywatnie.

Operacji formalnych (11+ lat): Modelujesz swój model siebie. Możesz myśleć o myśleniu. Przewidywać hipotetyczne scenariusze, co by było gdyby? Ciągi afordancji stają się coraz bardziej złożone, stany mentalne innych osób coraz bardziej kompleksowe. Twój model świata staje się bogatszy i dostrzegasz unikalne możliwości do działania. Ten pomysł, na który nikt nigdy jeszcze nie wpadł? To afordancja którą widzisz tylko Ty, dzięki Twojemu unikalnemu doświadczeniu w przeszłości. Sieć domyślna (05) dominuje: Twoja nisza poznawcza rozszerza się poza tu i teraz. Błędy predykcyjne mogą dotyczyć dowolnych światów. Mowa wewnętrzna operuje na abstrakcjach. Możesz prowadzić dialog samemu ze sobą na tematy, które tylko Ty zrozumiesz.

Uczenie się polega na modyfikacji struktury połączeń neuronalnych w efekcie ekspozycji na specyficzne bodźce. Gdy bodźce są zaskakujące, skutkują wyrzutem dopaminy, a w efekcie zapisaniem zaskakującej informacji w strukturze sieci neuronowej. Po to, żeby na przyszłość model lepiej przewidywał co się stanie. Ekspozycja na określone bodźce w określonym czasie jest konieczna do skutecznego treningu sieci neuronalnych. Gdy bodźce nie docierają w oknie krytycznym, sieć nie kształtuje się odpowiednio i zdolności do przetwarzania bodźców zostają na stałe upośledzone.

Z drugiej strony, trening sieci mózgowych w traumatycznych warunkach będzie skutkował nauczeniem się nieoptymalnych wzorców, jak choćby style przywiązania nabywane w dzieciństwie. Skrajnym przypadkiem jest eksperyment Watsona na Małym Albercie, gdzie połączenie białego szczura z nieprzyjemnym dźwiękiem straumatyzowało chłopca do końca jego życia. Ten eksperyment boleśnie pokazuje, że doświadczenie nabywane od dziecka, w okresach gdzie nie ma żadnej kontroli nad okolicznościami, może rzutować na całe życie.

Najnowsze badania pokazują, że uczenie się zachodzi również w organizmach jednokomórkowych, a nawet w cząsteczkach chemicznych:

Jednokomórkowce są w stanie uczyć się wykorzystując wewnętrzną maszynerię komórkową. Najnowsze badania wskazują, że nawet sieci molekularne regulujące geny zmieniają swoje reakcje w wyniku treningu (Bhatt et al., 2025). Te badania nawiązują do koncepcji "basal cognition" Michaela Levina.

Wracając do bardziej złożonych organizmów.

Hubel i Wiesel zakryli jedno oko kociętom w pierwszych tygodniach życia. Kolumny dominacji ocznej w pierwszorzędowej korze wzrokowej (V1) trwale nie rozwinęły się dla tego oka. Otworzenie oka po okresie krytycznym nie naprawiło szkody. Sieć nie dostała błędów predykcyjnych, których potrzebowała do ukształtowania swojej struktury.

Colin Blakemore hodował kocięta wyłącznie w środowisku z pionowymi liniami. Neurony V1 dostosowały się do dostępnych bodźców, nie rozwijając selektywności na linie o poziomej orientacji. Sieć wzrokowa wybudowała model w oparciu o dostępne informacje.

Genie: dziewczynka izolowana od ludzi do 13 roku życia. Po uwolnieniu: ograniczony rozwój językowy mimo intensywnej terapii. Okno dla języka zamknęło się.

Dzieci rumuńskie z domów dziecka Ceaușescu. Poważne deficyty poznawcze i emocjonalne. Częściowa odwracalność zależna od wieku adopcji: im wcześniej dziecko trafiło do rodziny, tym więcej udało się odzyskać. Ale nie wszystko.

Eksperymenty Hubela i Wiesela, Blakemore'a oraz Watsona budzą poważne wątpliwości etyczne z dzisiejszej perspektywy. Standardy ochrony zarówno zwierząt laboratoryjnych, jak i uczestników badań zmieniły się fundamentalnie od początku XX wieku. Dziś żadna komisja etyczna nie zaakceptowałaby tych procedur.

Dwa mechanizmy kształtują rozwój. Asymilacja: nowe doświadczenie pasuje do istniejącego modelu, może go lekko zmodyfikować małym błędem predykcyjnym. Na przykład pies bez ogona to też pies. Akomodacja: doświadczenie jest zbyt zaskakujące i potrzebny jest nowy model. Na przykład dziecko na wycieczce do ZOO spotyka wilka. Mimo podobieństwa do psa, widzi i słucha o tym, że wilki są dzikie: potrzeba nowego modelu "wilka" oddzielnego od modelu "psa".

Strefa najbliższego rozwoju (ZPD) to przestrzeń między tym, co potrafisz samemu, a tym, co potrafisz z pomocą kogoś bardziej doświadczonego. Ktoś bardziej doświadczony pomaga Ci wytrenować Twój model świata.

Scaffolding to rusztowanie: struktura wsparcia, która stopniowo się wycofuje, w miarę jak Twój model się kalibruje. Na początku duże wsparcie, duże błędy predykcyjne. Na końcu: samemu budujesz predykcje. Rusztowanie znika, bo Twoje sieci przejęły jego funkcję.

MKO (More Knowledgeable Other) to osoba z lepiej skalibrowanymi modelami. Nie musi być nauczycielem. Może być rówieśnikiem, rodzicem, a nawet technologią. Kluczem jest to, że MKO generuje błędy predykcyjne we właściwej strefie: nie za łatwe (brak uczenia) i nie za trudne (brak integracji).

Piaget opisuje podstawy budowania modeli. Vygotsky zwraca uwagę, że budowanie modeli ma komponent społeczny. Oba mechanizmy działają jednocześnie. Uczysz się przez doświadczenie i często ta nauka jest wspomagana przez MKO, który tworzy scaffolding w Twoim ZPD.

Najogólniej mówiąc, uczenie się to proces budowania modelu świata. Wcześniejsze doświadczenia trenują Twój model i kształtują predykcje na przyszłość.

Tolman pokazał, że model buduje się cały czas. Szczury, które eksplorowały labirynt bez nagrody, zbudowały mapę poznawczą umożliwiającą im budowanie skrótów gdy pojawiła się nagroda. Mapy poznawcze łączą relacje między informacjami z receptorów dzięki aktywnościom komórek miejsca w hipokampie (HPC) i komórek siatki w korze śródwęchowej (Entorhinal Cortex, EC).

W miarę jak model staje się niezawodny przez powtarzanie, zachowanie stopniowo przenosi się z hipokampa (elastyczny, deklaratywny: "pamiętam, jak tam dojechać") do prążkowia grzbietowo-bocznego (automatyczny, nawykowy: "ciało samo jedzie"). Alternatywne scenariusze nie muszą już być modelowane w HPC bo dany ciąg afordancji zawsze niesie ze sobą przewidywalne informacje i wystarczy nawykowo powtórzyć to, co zawsze działało.

Struktury mogące uwalniać dopaminę:

• Pole brzuszne nakrywki (VTA, Ventral Tegmental Area)
• Istota czarna (SN, Substantia Nigra)
• Miejsce sinawe (LC, Locus Coeruleus): uwalnia głównie noradrenalinę, ale może też dopaminę

Szlaki dopaminergiczne:

• Nigrostriatalny (SN → prążkowie grzbietowe): kontrola ruchowa i uczenie nawykowe. Degeneracja tego szlaku to choroba Parkinsona.
• Mezolimbiczny (VTA → jądro półleżące, NAcc): wartościowanie wyniku, motywacja, uczenie się przez nagrodę.
• Mezokortykalny (VTA → kora przedczołowa): pamięć robocza, planowanie, kontrola impulsów.

Predykcja

Sieci neuronowe nie czekają na informacje ze świata, żeby potem zareagować. Sieci cały czas aktywnie przewidują przyszłe informacje. Są jak surferzy pokonujący fale - muszą przewidywać, co będzie za chwilę.

Prowadzisz samochód na autostradzie. Zmieniasz pasy, wyprzedzasz, jedziesz płynnie. Mimo prędkości wszystko jest... przewidywalne. Sterujesz swoim samochodem, wiesz, jak zareaguje na naciśnięcie pedałów, skręt kierownicy - Twoje sieci mózgowe są już wytrenowane. Nie to co na początku! Wtedy przecież nawet płynne ruszenie było wyzwaniem.

To jest predykcja: nieustanne generowanie hipotez o tym, co zaraz nastąpi. Percepcja to weryfikowanie hipotez o świecie.

Nagle samochód przed Tobą zaczyna hamować. Automatycznie reagujesz. Wciskasz hamulec, odbijasz kierownicę, w międzyczasie zerkając w lusterko, czy pas obok jest wolny. Samochód przed Tobą zachował się niespodziewanie - zaskoczył Cię.

Załóżmy, że samochód przed Tobą to było BMW. Po kilku tygodniach sytuacja się powtarza. Kolejne BMW zaskakuje Cię na drodze i nagle zmienia pas, zajeżdżając Ci drogę. Po kilku tygodniach samochód za Tobą miga Ci długimi po oczach, znów BMW! Zaczynasz spodziewać się nieprzewidywalnych rzeczy, gdy spotykasz samochody tej marki na drodze. Wcześniejsze sytuacje dotrenowały Twoje sieci mózgowe. Koncept BMW jest zakomodowany: samochody tej marki mają specjalne miejsce w Twoim modelu, do czego utworzenia sama asymilacja by nie wystarczyła. Pierwsze BMW, które Cię zajechało: nieoczekiwane, dopamina zalewa, kontekst zakodowany szeroko (która droga, jaka pora, jaki samochód). Po kilku BMW: skojarzenie jest skonsolidowane, dopamina przesuwa się z kodowania na odtwarzanie. Widzisz BMW i predykcja odpala zanim cokolwiek się stanie.

Błędy predykcyjne to niespodziewane informacje, które wędrują w górę (bottom-up) i kształtują sieci tak, aby w przyszłości te informacje były już spodziewane (top-down). Cała historia ewolucyjna, kulturowa i indywidualna kształtuje architekturę sieci neuronowych. Ale czy budujesz swój model świata sam? Lev Vygotsky dodałby: inna osoba jest źródłem skalibrowanych błędów predykcyjnych dla Twojego mózgu dopasowanych do Twojego poziomu. Dostarcza Ci afordancji za którymi możesz podążać. Kluczowe jest przypisanie przyczyn obecnego doświadczenia (credit assignment), znalezienie przyczyny błędu predykcyjnego. Jakie wcześniejsze informacje mogą sugerować obecne doświadczenie?

Dodatkowo, zidentyfikowano wpływ SN i LC na hipokamp w badaniach na ludziach (Kaminski et al., 2018) i myszach (Takeuchi et al., 2016). Aktywność dopaminergiczna jest potrzebna do utworzenia wspomnienia o relacjach między informacjami. W sytuacji gdy zablokujemy tę aktywność lub nie jest obserwowana, organizm nie utworzy mapy poznawczej (cf. Tolman). Dopamina jest więc potrzebna do aktualizacji modelu. Najnowsze dane (Subbaraman, Nature 2026) pokazują coś szerszego: neurony dopaminergiczne reagują na zagrożenia, nowe bodźce, ruch i predykcje ruchowe. Dopamina to sygnał konsolidacyjny. Wzmacnia skojarzenie między tym, co się wydarzyło, a okolicznościami, w których się wydarzyło.

Rola dopaminy jest więc podwójna, przy pewnych przyczynach wyrzut dopaminy następuje podczas wskazówek. Dopamina inicjuje automatyczną sekwencję ruchu (D1) w kierunku znanych konsekwencji. Kiedy jednak następuje błąd predykcyjny (informacje bottom-up nie zgadzają się z modelem top-down), wyrzut dopaminy następuje w momencie zaskoczenia. W tym kontekście, dopamina uczestniczy w konsolidacji informacji poprzedzających zaskoczenie. Co doprowadziło do danego doświadczenia? Kiedy okoliczności są niejasne (50%), system nie wie jeszcze, które zmienne są istotne, więc zapisuje wszystko. Kodowanie jest stopniowe. Z każdym doświadczeniem system zawęża, które zmienne niosą predykcję, a balans między kodowaniem (eksploracją), a odtwarzaniem (eksploatacją) dynamicznie się dostosowuje.

Informacja

Skąd sieci mózgowe czerpią materiał do tych hipotez? Z trzech źródeł.

• Eksterocepcja: wzrok, słuch, węch, smak, dotyk - sygnały o tym, co dzieje się na granicy ciała i świata.
• Propriocepcja: pozycja kończyn, napięcie mięśni, przyspieszenie liniowe i kątowe (z układu przedsionkowego) - sygnały o tym, jak ciało porusza się w przestrzeni.
• Interocepcja: bicie serca, oddech, głód, temperatura narządów - sygnały o stanie wnętrza ciała.

Przypomnij sobie artykuł "Predictions not commands" (Adams et al., 2013): sygnały zstępujące z kory ruchowej do rdzenia kręgowego mają cechy predykcji, nie rozkazów. Kora motoryczna nie wysyła instrukcji "skurcz mięsień X o Y procent." Wysyła przewidywanie: "spodziewam się takiego a takiego stanu proprioceptywnego." Rdzeń kręgowy minimalizuje błąd między oczekiwanym a aktualnym stanem ciała. Ruch wyłania się z tej minimalizacji. Innymi słowy: spodziewam się jakiejś konfiguracji ciała. A po chwili kolejnej. I kolejnej. Jak surfer na falach.

Te trzy wymiary to nie tylko kategorie doznań. Definiują, jaki typ uczenia się jest możliwy.

Warunkowanie klasyczne (Pawłow): wskazówka eksteroceptywna (dzwonek) przewiduje konsekwencję interoceptywną (jedzenie, ślinienie). Organizm nic nie robi. Działanie ciała jest nieistotne. Sprawczość zero. Świat ogłasza, co nadchodzi dla ciała.

Warunkowanie instrumentalne (Skinner): działanie proprioceptywne (naciśnij dźwignię) produkuje konsekwencję interoceptywną (jedzenie) w kontekście eksteroceptywnym (klatka, światło). Sprawczość to dokładnie ten moment, w którym propriocepcja staje się zmienną kontrolną.

Oba typy zbiegają się na interocepcji jako przewidywanym celu. Różnica leży w tym, który wymiar niesie predykcję.

Z tych informacji sieci budują hierarchię predykcji, od zmysłów do narracji o sobie:

Jak system decyduje, którą trajektorię przez kaskadę realizować? Dwa szlaki w jądrach podstawy działają jak mechanizm selekcji:

Szlak bezpośredni, w którym szybko uwalniana dopamina (phasic) łączy się z receptorami D1, które są aktywujące. Ułatwia wybraną akcję, mapuje możliwe afordancje do działania.

Szlak pośredni, w którym powoli uwalniana dopamina (tonic) łączy się z receptorami D2, które są hamujące. Efektem jest tłumienie konkurencyjnych akcji i utrzymywanie trajektorii na danej afordancji.

Najnowsze modele (Keeler et al., 2014) opisują to jako "prepare and select": D1 przygotowuje zestaw możliwych odpowiedzi, D2 zawęża wybór do jednej. Dopamina nie mówi "idź" albo "stój". Dopamina kształtuje krajobraz dostępnych akcji: które są dostępne (D1) i która wygrywa (D2).

Robisz sekwencję afordancji: wstań, zrób kawę, idź do łazienki, ubierz się. D1 ułatwia każdy krok sekwencji. D2 tłumi rozpraszacze. Kiedy dopaminy w prążkowiu jest za mało (jak w chorobie Parkinsona), aktywność szlaku bezpośredniego jest zmniejszona relatywnie do szlaku pośredniego: problem z inicjacją ruchu.

Afordancje

Afordancje nie są w przedmiocie. Nie są w Tobie. Są między wami.

Ten sam kamień: turlanie dla dziecka, siedzenie dla zmęczonego wędrowca, budulec dla architekta. Kamień się nie zmienił. Zmieniła się relacja, kontekst, potrzeba.

• Relacyjne: nie istnieją bez konkretnego organizmu.
• Kontekstualne: ten sam obiekt, inne możliwości w innych sytuacjach.
• Dynamiczne: zmieniają się wraz z predykcjami.

Afordancje są więc możliwościami do działania. Są elementami modelu rzeczywistości, z którymi model "Ciebie" może wejść w interakcję. Poruszasz ciałem implementując predykcje top-down z kory motorycznej (Adams et al., 2013). Model w korze motorycznej powstał w wyniku lat treningu stadium sensoryczno-motorycznego. Trening ruchowy i używania narzędzi ukształtował strukturę sieci neuronowych za pośrednictwem błędów predykcyjnych bottom-up, która zwrotnie zapewnia sygnał top-down generując kolejne predykcje ruchu. Predykcje i błędy predykcyjne są w ciągłej interakcji, znane afordancje są przewidywane, nowe afordancje są odkrywane i dodawane do modelu. Poruszanie ciałem jest warunkiem poznania. Mózg, ciało i działanie to trzy perspektywy na ten sam proces.

Alison Gopnik proponuje, że dzieci to zoptymalizowane maszyny do eksploracji: testują więcej afordancji, napotykają więcej błędów predykcyjnych, próbują więcej wariantów. Dorośli eksploatują wyuczone modele podążając utartymi ścieżkami znanych afordancji.

Motywacja to nie abstrakcyjna siła napędowa. To konkretne przyciąganie: coś wydaje się atrakcyjne, przyjemne, warte zachodu. Zmęczony wędrowiec nie analizuje kamienia. Kamień go po prostu przyciąga jako miejsce odpoczynku, bo jego ciało tego właśnie chce.

Motywacja na tej stronie to właściwie dwa oddzielne systemy.

Chcenie (dopaminergiczne): zbliżenie, przyciąganie ku afordancji. Nie musisz czegoś lubić, żeby tego chcieć.

Lubienie (opioidergiczne): odpowiedź hedoniczna, gdy faktycznie doświadczasz nagrody. Receptory mu-opioidowe, brzuszna gałka blada. Rzadsze niż chcenie.

Podczas scrollowania każde przesunięcie to kolejna afordancja nowości. Feed to nieskończony ciąg afordancji. Większość treści jest neutralna albo lekko irytująca. A mimo to scrollujesz dalej.

Gdyby dopamina dotyczyła przyjemności, zatrzymałbyś się po trzech nienagrodzonych scrollach. Scrollujesz dalej, bo dopamina napędza eksplorację. Algorytm gwarantuje, że credit assignment nigdy się nie rozwiąże: nie ma stabilnej reguły przewidującej, który scroll przyniesie coś dobrego. Cały czas próbujesz zapamiętać, eksplorujesz, ale brak reguły zostawia Cię ze zmęczeniem i mglistym wspomnieniem kilku rolek.

Twoja architektura eksploracji ewoluowała dla skończonych nisz ekologicznych. Sawanna w końcu staje się znajoma. Media społecznościowe to ciąg niepowiązanych ze sobą afordancji, z których nie da się zbudować schematu.

Nisze

Makak bierze grabki. Wzrok, dotyk, słuch, propriocepcja. Do sieci mózgowych dociera mnóstwo zaskakujących informacji z receptorów. Sieci muszą wybudować modele, jak używać narzędzia. Po kilku tygodniach jego kora ciemieniowa rozrasta się fizycznie. Pola recepcyjne neuronów rozszerzają się na całą długość narzędzia. Grabki przestają być przedmiotem trzymanym w łapie. Stają się częścią ciała w wytrenowanych sieciach: somatomotorycznej, wzrokowej, uwagowej, kontroli.

Iriki i Taoka (2012) opisują trzy płaszczyzny, na których ta zmiana się odbywa:

Trzy nisze to trzy opisy tego samego procesu: jak doświadczenie i sieci zwrotnie się kształtują. Każde dziecko konstruuje wszystkie trzy nisze jednocześnie.

Gdy system konsolidacji zostaje przejęty

W 1954 roku Olds i Milner przypadkowo odkryli, że szczury naciskają dźwignię tysiące razy na godzinę, by stymulować elektrycznie własny mózg. Elektroda była umieszczona w podwzgórzu bocznym, ale stymulowała pęczek przyśrodkowy przodomózgowia: szlak dopaminergiczny z VTA do NAcc. Późniejsze badania pokazały, że to właśnie aktywacja NAcc tak bardzo uzależnia.

Substancje przejmują ten sam system konsolidacji.

Kokaina blokuje transporter dopaminy (DAT, Dopamine Transporter). W efekcie transporter nie zbiera dopaminy z przestrzeni synaptycznych do neuronu presynaptycznego i dopamina tam obecna dłużej aktywuje receptory postsynaptyczne. Kokaina blokuje też transporter noradrenaliny (NET) i serotoniny (SERT): jest potrójnym inhibitorem wychwytu zwrotnego. Efekty sercowo-naczyniowe (tachykardia, nadciśnienie) wynikają z blokady NET, efekty nastroju z blokady SERT, uzależnienie z blokady DAT.

Amfetaminy blokują DAT i odwracają działanie transportera. DAT normalnie zabiera dopaminę ze szczeliny synaptycznej do neuronu presynaptycznego. DAT do którego przyłączyła się amfetamina działa pod prąd. Transportuje dopaminę z neuronu presynaptycznego do szczeliny synaptycznej. Sprawia to, że neuron uwalnia dopaminę bez generowania potencjału czynnościowego.

Opiaty działają inaczej: hamują interneurony GABAergiczne w VTA, które normalnie hamują neurony dopaminergiczne. Hamulec na hamulcu przestaje działać. Jednocześnie opiaty bezpośrednio produkują zmianę interoceptywną: ból znika, ciepło zalewa.

Wszystkie trzy substancje wpływają na uwalnianie dopaminy w różnych miejscach w różny sposób. Substancje produkują sygnał naturalnie nie doświadczany. Każdy detal eksteroceptywny obecny podczas zażycia (pokój, ludzie, muzyka) zostaje skonsolidowany z nadludzką siłą. Dlatego kontekst wyzwala nawrót. Te skojarzenia zostały wykute sygnałem, do którego architektura nigdy nie była skalibrowana.

Ćwiczenie: jeśli choroba Parkinsona to degeneracja neuronów SNc (Substantia Nigra pars compacta; mniej dopaminy w prążkowiu grzbietowym), a kokaina blokuje DAT (utrzymuje dopaminę w synapsie dłużej), to czy kokaina mogłaby pomóc?

Teoretycznie tak, ale problem w tym, że kokaina jest nieselektywna: blokuje DAT, NET i SERT jednocześnie, wywołując szerokie spektrum efektów ubocznych i uzależnienie. L-DOPA stosowana w leczeniu działa inaczej: dostarcza prekursora do neuronów dopaminergicznych, które mają enzym DOPA dekarboksylazę do konwersji. To zwiększa dostępność dopaminy w całym mózgu, nie tylko w SN. Efektem ubocznym jest zwiększona aktywność szlaku mezolimbicznego: pacjenci z Parkinsonem leczeni L-DOPA czasem rozwijają kompulsywne zachowania (hazard, zakupy). Ten sam lek, który przywraca kontrolę ruchową przez szlak nigrostriatalny, może zaburzyć kontrolę impulsów przez szlak mezolimbiczny.

Trzy ewolucyjne poziomy predykcji

Sieci mózgowe przewidują na kilku poziomach jednocześnie.

Poziom 1 - ciało i narzędzia (Iriki & Taoka): Makak bierze grabki. Jego kora ciemieniowa musi nagle przewidywać trzy razy większą przestrzeń pełną nowych afordancji. Przestrzeń peripersonalna rozszerza się na koniec narzędzia. Narzędzia modyfikują dostępne możliwości do działania, tak jak nauczenie się jazdy samochodem modyfikuje, jak pewnie się czujesz za kierownicą i co jest osiągalne.

Poziom 2 - emocje innych (de Waal, Goodall): Szympans widzi, że innemu szympansowi jest źle. Przewiduje jego ból i podchodzi pocieszyć. To jest empatia jako mechanizm predykcyjny - uniwersalny dla wielu gatunków.

Poziom 3 - intencje innych (Tomasello): Szympans przewiduje, co inny zrobi. Człowiek przewiduje, co inny chce, żebym wiedział. Z tej różnicy wynika kumulatywna kultura: każde pokolenie zaczyna tam, gdzie skończyło poprzednie.

Poziom 3 ma dwa podpoziomy:

• Podpoziom A - joint attention: "Skupiamy uwagę na tym samym." Trójstronna relacja: ja, ty, obiekt. Oboje wiemy, że oboje patrzymy. Szympansy to potrafią, choć słabiej niż ludzie.
• Podpoziom B - shared intentionality: "Mamy różne role w tym samym planie i oboje to rozumiemy." Tu pojawia się rekurencja: wiem że ty wiesz że ja wiem, i razem działamy na podstawie tej wzajemnej świadomości. Tutaj szympansy radzą sobie gorzej - zazwyczaj dominujący osobnik nie przyjmuje perspektywy współpracownika.

Spór: ciągłość vs. przepaść

Dwie strony sporu zgadzają się, że zwierzęta mają kulturę. Różnią się w ocenie mechanizmu.

Callback do Neurokognitywistyki: DMN i ewolucja

Gdzie w mózgach ludzi jest wspólna intencjonalność?

Wspólna intencjonalność wymaga modelowania intencji innych, a więc angażuje DMN, podsieć związaną z Teorią Umysłu (Theory of Mind - ToM). DMN.ToM to podsystem sieci domyślnej odpowiedzialny za mentalizację (pSTS, TPJp, TP). Innymi słowy: sieć modelowania cudzych umysłów.

Garin i współpracownicy (2022) porównali sieć spoczynkową (DMN) u czterech gatunków (człowiek, makak, marmozeta, mysz lemur). U naczelnych niehominidowych mPFC i PCC są słabo połączone. U człowieka to kluczowe połączenie DMN. Ludzki DMN, z jego pętlą mPFC-PCC, pojawił się stosunkowo późno w ewolucji naczelnych. Może to sugerować, że główna oś DMN (myślenie o sobie) jest nowym ewolucyjnie nabytkiem i to właśnie odróżnia ludzi od innych zwierząt.

Neurony lustrzane

Neurony lustrzane odkryto przypadkowo w korze przedruchowej makaka (obszar F5): neurony, które aktywowały się zarówno gdy małpa chwytała orzeszek, jak i gdy obserwowała, jak ktoś inny go chwyta. Nie reagowały na sam widok orzeszka ani na ruch bez celu. Reagowały na działanie skierowane ku celowi. U ludzi ich odpowiedniki znaleziono w obszarze Broki i dolnym płaciku ciemieniowym (IPL).

W zależności od publikacji, obszar Broki jest zaangażowany w sieć domyślną, kontroli i istotności. IPL to obszar, gdzie sieć uwagi i kontroli spotykają się z DMN.ToM w okolicach TPJ. Kiedy obserwujesz kogoś sięgającego po kubek, te (i inne) obszary współpracują ze sobą, kierując wzrok, generując predykcję działania i aktualizując model agenta ("chce się napić").

Neurony lustrzane to mechanizm predykcji działania na poziomie motorycznym. Most między poziomem 1 a poziomem 3 jest zbudowany z kaskady: obszar Broki przewiduje ruch, IPL przewiduje cel ruchu, TPJp przewiduje intencję za celem. Każda warstwa dodaje jeden poziom abstrakcji. Neurony lustrzane to jedna z czterech nakładających się sieci mózgu społecznego, które aktywują się progresywnie w miarę jak pogłębia się Twój model innej osoby:

Sieć teorii umysłu (mPFC, TPJ, TP): wnioskowanie o stanach mentalnych innych. Co myśli? Czego chce? Co zaraz zrobi? To podsystem DMN.ToM.

Neurony lustrzane (IFG, IPL): rozumienie działań przez symulację motoryczną. Co robi?

Sieć nagrody społecznej (OFC, jądro półleżące): wartość społeczna interakcji. Przyjemność z relacji, motywacja do kontaktów.

Sieć emocji społecznych (ciało migdałowate, wyspa, ACC): rozpoznawanie emocji, monitorowanie konfliktu między własnym a cudzym punktem widzenia.

Te cztery nachodzą na siebie. IFG pojawia się zarówno w neuronach lustrzanych, jak i w sieci ToM. Wyspa jest w emocjach społecznych i w sieci salience. Cztery perspektywy na wspólne obwody.

Teoria umysłu

Teoria umysłu to tworzenie modeli agentów: bytów, które mają własne przekonania, pragnienia i intencje. Na podstawie sygnałów DMN.ToM buduje model: co ta osoba wie, czego chce, co zaraz zrobi. Pięciolatek mówi babci: "Twoje jedzenie jest obrzydliwe." Nie jest okrutny. Po prostu nie ma jeszcze modelu, w którym jego słowa mogą zranić. Przechodzi test fałszywego przekonania, ale nie modeluje emocjonalnych konsekwencji swoich słów. Teoria umysłu to gradient.

Test Sally-Anne: Sally kładzie piłkę w koszyku i wychodzi. Anne przenosi piłkę do pudełka. Sally wraca. Trzylatek: "będzie szukać w pudełku." Pięciolatek: "w koszyku, bo tam myśli, że jest." Przejście od egocentryzmu do modelowania cudzego przekonania. Ok. 4 roku życia.

Ale zdanie testu to dopiero początek. Model innych ludzi pogłębia się latami. Pomocna jest intuicja gradientu: od braku modelu (drugi człowiek to obiekt fizyczny), przez modelowanie przekonań ("ona myśli X"), modelowanie emocjonalnych konsekwencji ("jeśli powiem Y, poczuje Z": tu znika brutalna szczerość dzieci), po modelowanie tego, co ktoś myśli o Twoim modelu ("ona myśli, że ja myślę W": białe kłamstwa, dyplomacja). Rekurencja pogłębia się: "wiem, że wiesz, że wiem." To jest terytorium shared intentionality.

Im głębszy model, tym więcej sieci. Modelowanie przekonań angażuje DMN.ToM. Modelowanie emocjonalnych konsekwencji dociąga emocje społeczne (ciało migdałowate, wyspa). Modelowanie strategiczne wymaga kalkulacji kosztu (OFC). Cztery sieci mózgu społecznego to warstwy, które aktywują się progresywnie w miarę pogłębiania modelu.

Grecki żeglarz na wzburzonym morzu robił dokładnie to samo. Odbierał sygnały sensoryczne: fale, wiatr, grzmot. Najlepszym modelem tłumaczącym te informacje zmysłowe był wściekły Posejdon. Mechanizm predykcyjny był identyczny jak przy modelowaniu człowieka. Różnił się tylko obiekt modelowania.

Bogowie, duchy, przodkowie: to modele agentów przekazywane kulturowo z pokolenia na pokolenie. Shared intentionality umożliwiła ich przechowywanie i transmisję: "my wszyscy wiemy, czego chce Posejdon, i wszyscy wiemy, że wszyscy wiemy." Nisza poznawcza rozszerzyła się poza świat fizyczny, w przestrzeń agentów niewidzialnych. Ale kultura kształtuje też tempo, w jakim teoria umysłu się rozwija.

Model agenta to nie tylko obiekt wiedzy. To źródło afordancji. Posejdon oferował afordancje przebłagania: można było złożyć ofiarę, zmienić kurs, odmówić modlitwę. Te afordancje są równie realne dla sieci mózgowych jak afordancja kamienia dla zmęczonego wędrowca: generują motywację, kierują działaniem, kształtują decyzje.

Dzieci samoańskie nie przechodzą testu Sally-Anne do 8 roku życia. 1/3 dzieci w wieku 10-13 lat wciąż go nie przechodzi (Mayer i Träuble, 2013, N>300). Zachodnie dzieci przechodzą ok. 4-5 roku. Mechanizm: Samoa i kultury Pacyfiku (Kaluli/Bosavi w PNG, Tonga, Vanuatu) praktykują "doktrynę nieprzejrzystości umysłów" (Robbins i Rumsey, 2008). Dorośli nigdy nie przypisują intencji niemowlęcym wokalizacjom. Dzieci uczone są raportować co ktoś zrobił, nie co ktoś czuł.

Paradoks: mimo, że w tych kulturach więzi społeczne są ważne, to brak objaśniania przyczyn leżących u podłoża zachowania spowalnia budowanie teorii umysłu (DMN.ToM). W naszym kręgu kulturowym mówienie o swoich stanach intencjonalnych pozwala na ich lepsze modelowanie.

Język: co jest wyjątkowe?

Zwierzęta mają złożoną komunikację. Pszczoły: taniec waggle. Kanzi (szympans bonobo): setki symboli na klawiaturze, rozumienie angielskiego na poziomie 2-latka. Delfiny: indywidualne "imiona."

Co język ludzki ma ponad to?

• Kombinatoryczność: skończony zbiór elementów (fonemy, morfemy) generuje nieskończoną liczbę znaczeń. Taniec waggle pszczoły ma stały repertuar gestów - nie można z nich zbudować nowego "zdania."
• Fikcja: można mówić o tym, czego nie ma w ogóle.
• Rekurencja: zdania w zdaniach, myśli o myślach.

Słyszysz słowo "aksamit" i aktywują się reprezentacje dotykowe. "Cytryna" wywołuje skurcz ślinianek. Język angażuje jednocześnie wiele sieci sensorycznych: nie rejestruje świata, lecz go symuluje. Może odnosić się do przeszłości, przyszłości, prawdziwych i absurdalnych scenariuszy. Język to sposób na tworzenie wyobrażeniowych światów w głowach interlokutorów (współrozmówców).

Język tworzy nową kategorię afordancji. Słowo "jutro" pozwala planować nieistniejącą chwilę. Słowo "sprawiedliwość" pozwala walczyć o abstrakcję. Szympans żyje w świecie afordancji fizycznych. Człowiek żyje jednocześnie w fizycznych i oderwanych od tu i teraz.

Generowanie złożonych wypowiedzi zaczyna się od sieci domyślnej: TP dostarcza wiedzę społeczno-semantyczną, OFC oznacza ją wartością emocjonalną. Stąd informacja biegnie trzema równoległymi torami do obszaru Broki:

IFG składa to wszystko w plan wypowiedzi i wysyła predykcję motoryczną do SMN (inferior): wargi, język, krtań. W skrócie: powiedzenie czegoś to abstrakcyjne koncepty (TP + OFC) stopniowo ubierane w słowa (MTG, STG) i finalnie wypowiadane (IFG → SMN).