ILLUSTRATSIOON 2.1 Teoreetiliselt saame vaadata aju sisemusse ja mõõta toimivat teadvust
Teadvuse tasand
Mis määrab ajus selle, kas oleme teadvusel või mitte? Kõige lihtsamal tasandil näib aju omavat vähemalt üht sisse/väljalülitusnuppu. Aju keskmes, ajutüve otsas asuva talamuse osaks on intralaminaarsed talamuse tuumad. Kui see aju osa saab vigastada, siis lülitub teadvus täiesti välja. Klaustrum, õhuke koeleht sügaval aju sisemuses näib samuti omavat tähtsat osa selles, kas oleme teadvusel või mitte, või ärkvel, ent teadvusetus olekus (vt kasti).
Teadvuse asupaik
Ühel hetkel olete teadvusel, järgmisel mitte. Kas võib tõesti olla midagi sellist nagu teadvuse sisse-väljalülitusnupp ajus? Näib nii olevat. 2014. aastal olid teadlased võimelised ühel naisel teadvust sisse ja välja lülitama, stimuleerides üht väikest piirkonda ta ajus.
Naisele, kellele tehti kirurgilise operatsiooni käigus uuringut lokaliseerimaks epileptiliste krampide allikat, viidi elektrood sügaval ajus peituva õhukese klaustrumiks nimetatava ajukoe kõrvale. See oli piirkond, mida poldud varem stimuleeritud.
Kui meeskond läbistas piirkonda kõrgsagedusega elektriliste impulssidega, kaotas naine teadvuse. Ta lõpetas lugemise ja põrnitses tühjal pilgul enda ette, ei reageerinud kuuldavaile või nähtavaile käsklustele ja ta hingamine aeglustus. Niipea kui stimulatsioon lõppes, tuli ta otsekohe teadvusele, mäletamata toimunust midagi.
Ehkki seni on katsetatud ainult ühe isiku peal, annab avastus tõendust ideele, et klaustrum on tähtis selleks, et aju infokeerisest tekiks teadvus. Christof Koch Seattle’i teadusasutusest Allen Institute for Brain Science, selle idee toetaja, usub, et klaustrum toimib teadvuse jaoks teatud dirigendina, integreerides infot aju eri piirkondadest ja sidudes erineval ajal saabuva info kokku. 2017. aastal sai teooria toetust juurde kolme pika neuroni avastamisega: need närvirakud saavad alguse klaustrumist ja ümbritsevad hiire aju, hõlmates oma teel mitmeid tähtsaid piirkondi.
ILLUSTRATSIOON 2.2 Sügaval aju sisemuses paiknev klaustrum võib siduda meie tajud ühtseks tervikuks
Ometi on kõik nõus, et teadvusega seondub enam kui lihtne vahetegemine sisse- ja väljalülitusel. Me teame näiteks, et inimene võib magada, ent ometi võib tal unes esineda kogemus, mis on sarnane normaalse ärkveloleku ajal kogetuga. Teiselt poolt võib keegi püsivalt vegetatiivses seisundis olija füsioloogilises mõttes ärkvel olla, ehkki tal puuduvad igasugused märgid teadvusel olemisest.
Siit tulenev pilt ütleb, et kuigi teadvusega seonduvad mitmed tähtsad ajupiirkonnad ja rakutüübid, sõltub üldine kogemus viisist, kuidas seda tegevust üle aju koordineeritakse, ja ajaskaalast, mille raames see juhtub.
Kuidas me siis väljendame teadvuse taset arvuliselt? Üks väga paljutõotav meetod pärineb Marcello Massiminilt Milano ülikoolist Itaalias. Ta on koos kolleegidega töötanud välja meetodi, mille puhul stimuleeritakse aju elektromagnetilise pulsiga (kasutades nn „transkraniaalset magnetstimulatsiooni ehk TMS-i) ja seejärel mõõdetakse, kuidas aktiivsuse lained ajus levivad. Seda mõõdetakse EEG abil – tegu on aju elektrilise aktiivsuse näiduga, mis salvestatakse kolju pinnale kinnitatud elektroodide abil. Pulss toimib nagu löök vastu kella ja neuronid üle kogu aju jätkavad „helisemist” spetsiifilisel lainemustril, sõltuvalt sellest, kui aktiivsed on ühendused individuaalsete ajurakkude vahel.
Analüüsides nende aju reageeringu lainemustrite keerulisust, tuletas Massimini oma meeskonnaga arvu, mis jäi nulli ja ühe vahele; nad panid sellele nimeks perturbatsioonilise keerukuse (komplekssuse) indeks (PCI). Vegetatiivses seisundis olevatel inimestel, kes ei reageeri ning on arvatavasti teadvusetud, on PCI lähemal nullile. Ühe uurimuse kohaselt paistab katkemine toimuvat umbes näidu 0,3 juures – näib, et siin tekib erinevus teadvusliku ja teadvusetu seisundi vahel.
Järgnevad uurimused on kasutanud pelgalt EEG (elektroentsefalograafilisi) mõõtmisi – ilma elektromagnetilise stimulatsioonita – nägemaks, kas komplekssusnäitusid võib ikka veel kasutada teadvuse tasandi kindlakstegemiseks. Väga lihtsalt öeldes annavad need mõõtmised arvulise väljenduse selle kohta, kui „erinevad” või „ennustamatud” ajusignaalid on. Ja tõepoolest, osutub, et need spontaansed keerukuse näidud vähenevad samuti, alates ärkveloleku puhkeseisundist kuni kerge rahusti toimeni, kuni üldise anesteesiani. Sarnaselt on epilepsiahoogude lokaliseerimiseks ajusse siirdatud elektroodidega inimeste puhul näidanud uuringud, et üldine komplekssus väheneb, kui inimesed magama jäävad. Huvitaval kombel on REM-unes, kui inimesed und näevad, nende aju dünaamika komplekssus üsna sarnane normaalse ärkvelolekuga – mis ütleb meile, et need keerukuse näidud peegeldavad spetsiifiliselt teadvust, mitte lihtsalt ärkveloleku seisundite füsioloogilisi muutusi.
Teadvuse „kõrgemate” seisundite puhul on mõned hiljutised uuringud kasutanud MEG (magnetentsefalograafia) meetodit, kus mõõdetakse aju tegevuse vältel tekkivaid tillukesi magnetvälju inimestel, kes on psühhodeelsete hallutsinogeenide nagu LSD, psilotsübiini ja ketamiini mõju all. Võrreldes etalonseisundiga näivad need uimastid toimivat vastupidiselt anesteesiale või magamajäämisele. Need tunduvad suurendavat aju komplekssuse taset – seda on täheldatud esimest korda. Kas võib see olla märk asjaolust, et on jõutud „kõrgemale tasemele”, kõrgendatud teadvuse tasandile? Kindlalt seda väita on liialt vara, ent tulevasteks uurimusteks pakub see küllaga põnevust.
Sellised teadvuse tasandi mõõtmise viisid on seotud teadvuse üha populaarsema teooriaga, mida kutsutakse integreeritud informatsiooni teooriaks ehk siis lühidalt IIT; selle töötas välja neuroteadlane Giulio Tononi Wisconsini ülikoolist (vt kasti: Kas integratsioon kasvatab teadlikkust?). Ent sellised olemasolevad mõõtmised, nagu eelpoolnimetatud, lähenevad teooriale vaid ligikaudselt. Integreeritud info täielikku versiooni on jätkuvalt praktiliselt võimatu mõõta ükskõik millise reaalse süsteemi puhul.
Kas integratsioon kasvatab teadlikkust?
Me ei koge värve, vorme ja helisid eraldi, vaid integreerunud tervikuna. Giulio Tononi, neuroteadlane Madisonis, Wisconsini osariigis, on tulnud välja seda protsessi kirjeldava teooriaga. Ta ütleb, et selleks, et mingi süsteem omaks teadvust, peab see integreerima infot selliselt, et tervik sisaldaks rohkem infot kui selle osade summa. Teadvuses ei saa integreeritud infot taandada väiksemateks komponentideks. Kui te tajute punast kolmnurka, ei saa aju registreerida seda objekti värvitu kolmnurgana ja lisaks veel vormitu punase laiguna.
Tononi nimetab vahendit, kuidas süsteem seda teeb, fiiks. Tema teooria kohaselt on info integreerimise võime teadvuse kõige tähtsam omadus. Digikaameral on üüratu mälumaht, kuid selle miljonid pikslid ei „näe” fotot kunagi. Teie mõistus on suuteline seda nägema, kuna teie aju integreerib aktiivselt infot, et andmeid mõtestada.
Üks viis fii arvutamiseks seisneb süsteemi jaotamises kaheks ning seejärel kalkuleerimises, kuidas osad ennustavad oma tulevast seisundit võrreldes süsteemi kui tervikuga. Üks lõige oleks „kõige julmem”, sellega loodaks kaks osa, mis oleksid kõige sõltumatumad. Kui kõige julmema lõike osad on täiesti sõltumatud, nii et „tervik” pole suurem kui nende summa, siis on fii null ja süsteem on teadvusetu. Mida suurem on nende sõltuvus, seda suurem on fii väärtus ning süsteemi teadvuse tase.
Tononi lähenemine võib selgitada teadvuse mõningaid veidraid aspekte. Miks me kaotame magama jäädes teadvuse? Ta ütleks, et sel ajal info aju spetsialiseerunud võrgustikes enam ei integreeru. Miks on epilepsiahood ajus seotud teadvuse kadumisega? See võib olla tingitud ajuvõrgustike ülekoormusest, mis blokeerib kompleksse infovahetuse.
ILLUSTRATSIOON 2.3 Teadvus võib tekkida info integreerimisel ajus