Σάββατο, 20 Νοεμβρίου 2010

Η ΘΕΩΡΙΑ ΤΟΥ ΧΑΟΥΣ ΣΤΟΝ ΑΝΘΡΩΠΙΝΟ ΕΓΚΕΦΑΛΟ

Η ύπαρξη ή μη της θεωρίας του χάους στον ανθρώπινο εγκέφαλο απασχόλησε τους επιστήμονες για περισσότερο από 10 χρόνια. Ύστερα από πολλές έρευνες η χαοτική συμπεριφορά του ανθρωπίνου εγκεφάλου ανακαλύφθηκε τόσο μικροσκοπικά όσο και μακροσκοπικά.

O ελκυστής του Λόρενζ


[Guevara, M.R., Glass, L., Mackey, M.C., & Shrier, A. (1983) Chaos in Neurobiology IEEE Transactions on Systems, Man, and Cybernetics, SMC-13, 790-798 ]Σε μικροσκοπικό επίπεδο δηλαδή στο επίπεδο νευρώνων το 1983 υποστηρίχθηκε η άποψη ότι η ανακάλυψη του χάους σε νευρωνικό επίπεδο θα μπορούσε να είναι υπεύθυνη για διαταραχές του ανθρωπίνου εγκεφάλου όπως σχιζοφρένια, αϋπνία επιληψία κλπ.
Η ανακάλυψη του χάους στον ανθρώπινο εγκέφαλο είναι εξαιρετικά ενδιαφέρουσα σε μακροσκοπικό επίπεδο. Εν αντιθέσει με τις μέχρι πρότινος πεποιθήσεις ότι το χάος αντιπροσώπευε μια πιθανή πηγή επιβλαβούς διαταραχής για τον εγκέφαλο οι επιστήμονες κατέλειξαν στο συμπέρασμα ότι το χάος ήταν ουσιαστικό για την ορθή λειτουργία του ανθρωπίνου εγκεφάλου. Ο Dr. Walter Freeman ήταν ο στυλοβάτης της θεωρίας του χάους σε μακροσκοπικό επίπεδο στον εγκέφαλο. Η ανακάλυψη του Freeman για την χαοτική συμπεριφορά στην χάραξη του ελεκτροεγκεφαλογράφηματος (EEG) των οσφρητικών βολβών στα κουνέλια οδήγησε σε πλήθος επιστημονικών δημοσιεύσεων για τον ρόλο του χάους στον εγκέφαλο και στην διασύνδεση τους με τα τεχνητά νευρωνικά δίκτυα.  Ο Freeman παρατήρησε ότι για μερικά γνωστά αλλά σύνθετα ερεθίσματα η αναγνώριση ήταν σχεδόν στιγμιαία. «Ένα άτομο αναγνωρίζει ένα γνωστό πρόσωπο ή την μυρωδιά της σχάρας ή την γεύση μιας σοκολάτας σχεδόν μόλις παρουσιάζεται εκείνο το ερέθισμα… Πως μια τέτοια αναγνώριση συμβαίνει με τόση ακρίβεια και ταχύτητα ακόμα και όταν τα ερεθίσματα είναι σύνθετα και το πλαίσιο στο οποίο προκύπτουν ποικίλλει» [Freeman et.al. 1991] H απάντηση που καλύπτει τον ανωτέρω προβληματισμό του είναι το Χάος.
[Skarda, C. A. & Freeman, W. J. (1987) How brains make chaos in order to make sense of the world Behavioral and Brain Sciences, 10, 161-195 with Open Peer Commentary] Οι Skarda και Freeman το 1987 διαπίστωσαν ότι υπάρχει σταθερή δραστηριότητα στον οσφρητικό φλοιό και αυτή η δραστηριότητα είναι χαοτική. [Freeman, W. J. & Yao, Y. (1990) Model of Biological Pattern Recognition with Spatially Chaotic Dynamics Neural Networks, 3, 153-170] Θεωρεί ότι είναι πιθανό το υπόλοιπο μέρος του εγκεφάλου να συμπεριφέρεται με παρόμοιο τρόπο και για την υποστήριξη της θέσης του αυτή εισηγήθηκε ότι το χάος αποτελεί την βασική μορφή συλλογικής νευρωνικής δραστηριότητας για όλες τις αντιληπτικές διαδικασίες και λειτουργεί ως ελεγχόμενη πηγή θορύβου ως μέσο για την εξασφάλιση της συνεχούς πρόσβασης στα προηγούμενα (από πλευράς χρόνου) εκμαθημένα αισθητηριακά πρότυπα. Το χάος παρέχει στο σύστημα μια έτοιμη κατάσταση με τέτοιο τρόπο ώστε να αποφευχθεί η περιττή διαδικασία για το σύστημα με το να «ξυπνήσει» ή να επιστρέψει σε μια «κοιμισμένη» κατάσταση κάθε φορά που δίνεται μια νέα είσοδος.
Γενικά ένα χαοτικό σύστημα και το χάος του ανθρωπίνου εγκεφάλου εναλλάσσονται συχνά με ένα φαινομενικά τυχαίο τρόπο μεταξύ των διαφόρων περιοχών (ή των ομάδων συμπεριφορών) του φασικού διαστήματος (phase-space). Αυτές οι περιοχές είναι όπως αναφέρθηκε προηγουμένως είναι οι χαοτικοί ελκυστές. (βλ. φωτ. Ελκυστής του Λορενζ). Οι ελκυστές αυτοί αποκαλούνται και φτερά (βλ. φαινόμενο της πεταλούδας). Ο τρόπος που ο εγκέφαλος χρησιμοποιεί το χάος για να εξασφαλίσει την συνεχή πρόσβαση στα προηγούμενα (από πλευράς χρόνου) εκμαθημένα αισθητηριακά πρότυπα είναι να «αναπτύξει» αυτά τα φτερά για διαφορετικά εκμαθημένα πρότυπα εισόδου. Σύμφωνα με τους ερευνητές η χαοτική δραστηριότητα που λειτουργεί στο υπόβαθρο επιτρέπει στο σύστημα να  μεταπηδήσει ταχύτητατα σε ένα από αυτά τα φτερά όταν παρουσιαστεί με την κατάλληλη είσοδο. Η μετάβαση έμπροσθεν και όπισθεν μεταξύ των φτερών ή μεταξύ του κεντρικού μέρους και ενός εκ των φτερών αντιπροσωπεύει την μετάβαση φάσης από φυσικής άποψης αλλά και από την άποψη της αναγνώρισης προτύπων των νευρωνικών δικτύων.
[Skarda & Freeman 1987] Εάν η είσοδος δεν στέλνει το σύστημα σε ένα από αυτά τα φτερά θεωρείται νέα εισαγωγή (πχ. μια άγνωστη μυρωδιά) και αντί για την παραγωγή ενός από τα προηγούμενα (από πλευράς χρόνου) εκμαθημένα αισθητηριακά πρότυπα το σύστημα τίθεται σε χαοτική κατάσταση υψηλού επιπέδου (high level chaotic state). Αυτή η διαδικασία επιτρέπει στο σύστημα να αποφεύγει προηγούμενα αισθητηριακά πρότυπα και να παράγει καινούργια.
Μερικοί ερευνητές πιστεύουν ότι αυτό το είδος χαοτικής συμπεριφοράς με υπόβαθρο είναι στην πραγματικότητα απαραίτητη για την συμμετοχή του εγκεφάλου στην συνεχή μάθηση. Έτσι ο ανθρώπινος εγκέφαλος ακολουθεί μια τακτική κατηγοριοποίησης μιας νέας εισόδου σε μια νέα κατηγορία παρά να προβεί στην διαδικασία να ταιριάξει-καταχωρήσει σε μια ήδη υπάρχουσα. Με την έλλειψη ενός τέτοιου μηχανισμού το σύστημα δεν δύναται να αποφύγει την επαναπαραγωγή προηγούμενων εκμαθημένων αισθητηριακών προτύπων και μπορεί μόνο να συγκλίνει σε ένα πρότυπο συμπεριφοράς που έχει ήδη μάθει.

Δεν υπάρχουν σχόλια:

Δημοσίευση σχολίου

Share it