Czego oczy nie widzą. Jak wzrok kształtuje nasze myśli. Richard Masland

Program już jej nie rozpozna, nawet gdyby idealnie pasowała wielkością do wzorca.

      Wobec tego każmy komputerowi porównywać rozpoznawaną literę z wzorcami przedstawiającymi literę A we wszelkich możliwych rozmiarach i pod wszystkimi możliwymi kątami. Jeżeli będziemy mieli wystarczająco szybki komputer, to może się udać. Prędzej czy później wszakże dojdziemy do sytuacji, w której liczba uwzględnianych wariantów – takich jak grubość linii, kolor, krój czcionki i tak dalej – będzie już zbyt wielka, należy bowiem pamiętać, że wszystkie te warianty trzeba przez siebie przemnożyć: nasz komputer musi przetestować wszystkie możliwe wielkości razy wszystkie możliwe kąty razy wszystkie możliwe kroje razy wszystkie możliwe kolory i tak dalej. Liczba kombinacji do sprawdzenia staje się niewyobrażalnie duża i skórka przestaje być warta wyprawki. Na dodatek całe to zamieszanie tylko dla jednej prostej litery.

      W przypadku twarzy liczba wariantów staje się praktycznie nieskończona. Twarz może być uśmiechnięta lub zachmurzona, ciemna lub jasna, widziana z przodu albo pod pewnym kątem. A komponenty mózgu, czyli neurony i synapsy, w porównaniu z komputerem są przerażająco wolne – przekazanie podstawowego sygnału przez synapsę w ludzkim mózgu zajmuje neuronowi mniej więcej tysięczną część sekundy. W tym samym czasie bardzo szybki współczesny komputer wykonuje około miliona operacji! I właśnie tę nadludzką szybkość obliczeniową miałem na myśli, kiedy pisałem, że komputery oszukują – dzięki niej maszyny potrafią robić rzeczy, do których żywe tkanki nigdy nie będą zdolne. Przyjmijmy, że w celu porównania jednej litery z wzorcem komputer musi wykonać sto operacji; zatem w tym samym czasie, w którym mózg ledwo zdąży przekazać impuls nerwowy przez synapsę, komputer wykona już sto tysięcy porównań! A nie liczymy czasu potrzebnego na przejście sygnału przez włókna nerwowe, które łączą neurony. Gdybyśmy rozpoznawali twarze na takiej samej zasadzie, na jakiej komputer porównuje literę z wzorcem, nasze biedne mózgi potrzebowałyby długich minut na rozpoznanie nawet najbliższych nam osób. Innymi słowy, metoda dopasowywania obrazu do wzorca nie jest dla mózgów żadnym rozwiązaniem.

      Weźmy przykład z innego pola zmysłowego – tym razem związany ze zmysłem słuchu[2]. Tu mamy do czynienia z problemem zwanym segmentacją. Jeżeli powiem: „Ten pies jest niebieski”, usłyszysz te cztery słowa mniej więcej tak, jak zostały wyżej zapisane, ale w normalnej mowie między słowami nie występują przerwy (chyba że będziesz robić sztuczne pauzy); rzeczywisty akustyczny obraz tego zdania to pojedynczy, długi dźwięk. Aby zrozumieć tę wypowiedź, nasz mózg musi rozbić go na słowa, które nauczyliśmy się rozpoznawać, mając od pierwszych dni życia kontakt z językiem.

      Trzeba więc stwierdzić, że jest również praktycznie niemożliwe, by mózg używał wzorców do porównywania słów. Ile różnych dźwięków musiałoby liczyć ich repozytorium? Zdecydowanie więcej niż jest słów w słowniku. A nie mówimy w ogóle o rozmaitym akcentowaniu, różnym tempie mówienia i szumach akustycznych. Tak więc mózg nie wykorzystuje wzorców do segmentacji i rozumienia strumieni dźwięków.

      Cała ta nadzwyczaj tajemnicza sprawa – zbiór czynności, które wykonujemy codziennie niemal bez przerwy i z taką łatwością – została mądrze nazwana rozpoznawaniem obiektów. Można by sądzić, że chodzi tu głównie o doświadczenia zmysłowe, jest to jednak w równej mierze problem pamięci: rozpoznanie obiektu to dopasowanie aktualnego bodźca do wspomnienia obiektu zarejestrowanego w przeszłości. Zrozumienie zasady działania tego mechanizmu to wielkie wyzwanie, prawdziwy Mount Everest neurobiologii sensorycznej.

      Rozdział 2

      Śpiew neuronów

      Nawet badając konkret, zdobywasz jakąś wiedzę ogólną.

      – Stephen Kuffler

      Wspomniałem, że choć mogłoby się wydawać, iż świat wygląda tak, jak go widzimy, w rzeczywistości jest inaczej. Prawdziwy obraz świata jest zmieniany już przez siatkówkę, która rozszczepia go na dziesiątki różnych sygnałów. Rozłożony na najbardziej znaczące elementy obraz jest przesyłany dalej w postaci odrębnych strumieni sygnałów. Elementy mniej znaczące są ignorowane, traktowane jako szum tła. Takie uproszczenie obrazu świadczy nie tylko o tym, że ewolucja lubi się bawić sama ze sobą, ale dowodzi również, że lubi oszczędzać energię; jest to zarazem jedno z fundamentalnych praw rządzących percepcją w ogóle i przeczytacie o tym więcej w dalszej części książki.

      Zacznijmy jednak od podstaw.

      Neuron

      Neuron nie jest komórką szczególnie skomplikowaną. To niezwykle mały, ale fizycznie mierzalny twór zbudowany z dobrze nam znanych surowców; ma wszystkie elementy komórki zwierzęcej z kilkoma zaledwie niepowtarzalnymi komponentami. Wystarczy jednak, że sprzęgniemy ze sobą kilkaset milionów neuronów, a zaczną się dziać cuda: nagle możemy rozpoznawać twarze bliskich nam osób, rozkoszować się muzyką Beethovena i trafiać rakietą w poruszającą się z szaleńczą prędkością piłkę tenisową.

      Neuron, jak każda komórka kręgowców, przypomina wypełniony wodą worek z cienkiej, płynnej błony. Błona ta oddziela wnętrze komórki (na powyższych rysunkach zaznaczone na czarno) od wszystkiego, co znajduje się na zewnątrz. Niektóre neurony są mniej lub bardziej kuliste i przypominają nadmuchany balonik. Inne mają bardziej skomplikowane, amebowate kształty, a są i takie, o których powiedzielibyśmy: prawdziwe dziwadła. Wiele neuronów wygląda jak szkielet lub ogołocone z liści drzewo – witki i gałęzie to połączenia z sąsiednimi oraz bardzo odległymi neuronami. Bez względu jednak na to, jak wyszukane mają kształty, neurony zawsze zajmują pewną przestrzeń ograniczoną błoną komórkową. Ich długie witki są jak powyginane i rozgałęziające się na wszystkie strony słomki do napojów.

      Czym jest owa błona komórkowa? Zbudowana jest ona z lipidów, czyli związków, do których należą m. in. tłuszcze. Ponieważ tłuszcz i woda nie mieszają się, błona komórkowa tworzy coś w rodzaju bańki mydlanej. Sama w sobie bańka nie może zdziałać zbyt wiele – potrafimy stworzyć w laboratorium sztuczną komórkę składającą się wyłącznie z błony i taka komórka nic nie robi. Natomiast prawdziwa błona komórkowa naszpikowana jest mnóstwem maleńkich, nadzwyczaj skomplikowanych maszyn wykonujących ściśle określone zadania; nas najbardziej będą interesowały cząsteczki białka, które wykrywają napierające na nie inne cząsteczki i otwierają furtki w błonie, przez które przepływają jony. Tak w wielkim skrócie powstaje impuls nerwowy.

      Mimo że neurony mają zdumiewająco bogaty repertuar funkcjonalny, ich podstawowym zadaniem – pozwalającym odróżnić je od niemal wszystkich pozostałych komórek organizmu – jest komunikowanie się z innymi neuronami. Najczęściej odbywa się to za pośrednictwem krótkich impulsów elektrycznych (iglic), zwanych też potencjałami czynnościowymi, które mogą być przekazywane na mniejsze lub większe odległości. Neurony „rozmawiające” (przekazujące impulsy nerwowe) wyłącznie ze swoimi najbliższymi sąsiadami nazywane są interneuronami (neuronami obwodów lokalnych); przekazują one impulsy na co najwyżej 10 mikrometrów, czyli jedną setną milimetra. Ale są i takie impulsy nerwowe, które biegną od mózgu aż do podstawy rdzenia kręgowego (jak wówczas, gdy chcesz poruszyć paluchem stopy) lub w odwrotnym kierunku (gdy uderzysz paluchem w cegłę).

      Nie należy mylić impulsu nerwowego z prądem elektrycznym płynącym przez miedziany przewód. Przewodnictwo nerwowe to bardziej skomplikowane zjawisko biologiczne, w którym aktywnie uczestniczą błony komórkowe; to elektryczne odzwierciedlenie ruchów jonów przepuszczanych do komórki i poza nią przez wyspecjalizowane białka wbudowane w błony komórkowe. Natura tego procesu powoduje, że w porównaniu z prądem elektrycznym w miedzianym przewodzie impulsy nerwowe biegną bardzo wolno, mniej więcej od 10 do 100