Rola świadomości w procesie widzenia

Procesy myślowe można podzielić umownie na świadome, czyli takie, z których zdajemy sobie sprawę, oraz nieświadome, z których nie zdajemy sobie sprawy, stanowiące podstawę prawidłowego funkcjonowania umysłu (por. tab. 1).

Choć podział taki z naturalnego punktu widzenia jest sztuczny, to dla intelektu człowieka wydaje się być użyteczny. Niewątpliwie bowiem umysł korzysta zarówno ze swoich zasobów świadomych, jak i nieświadomych.

Nasze rozważania zaczniemy od kilku faktów natury technicznej. Wszelkie wywody dotyczące nieświadomych procesów myślowych omówimy na zasadzie analogii tak, aby nakierować intelekt na poznanie dotyczące działania nieświadomego.

Definicja umysłu

Zaczniemy krótko od pewnych elementów budowy mózgu i powiązania umysłu ze środowiskiem za pośrednictwem mózgu. Będziemy przy tym pamiętać, że współcześni badacze natury umysłu umysłem zwykli określać aktywność mózgu, a nie sam mózg. Skoro jednak aktywność mózgu nie ogranicza się jedynie do świadomego, ale obejmuje również i nieświadome, to możemy zapisać to równaniem:

świadome + nieświadome = umysł (1)

Aktywność mózgu, zwana również umownie procesem myślowym lub procesem mózgowym, zachodzi za pośrednictwem około 100 bilionów (100ˇ1012) neuronów połączonych w sieć za pośrednictwem ok. 100 trylionów (100ˇ1018) tak zwanych przerw synaptycznych, węzłów Ranviera. Dowolny proces myślowy zachodzi dzięki przewodzeniu impulsów nerwowych (mózgowych) od neuronu do neuronu, a dokładniej od jednej przerwy synaptycznej do następnej. Przewodzenie to odbywa się zawsze jednokierunkowo: od jednej przerwy synaptycznej poprzez dendryty, jądro komórki nerwowej, wzdłuż aksonu do następnej przerwy synaptycznej.

Ponadto, wyróżniamy dwa rodzaje przewodzenia impulsów nerwowych: wolne - gdy impuls nerwowy wędruje od jednej przerwy synaptycznej poprzez jądro i akson do następnej i potrzebuje na to około jednej sekundy, oraz szybkie - kiedy przewodzenie impulsów nerwowych odbywa się na zasadzie tak zwanych skoków pomiędzy kolejnymi węzłami Ranviera rozdzielającymi substancję otaczającą akson; czas potrzebny na przebycie drogi od jednej przerwy synaptycznej do następnej wynosi około 1/100 sekundy.

Poszczególne neurony są połączone w większe skupiska, zwane ośrodkami mózgowymi, wyspecjalizowane funkcjonalnie do pełnienia roli ośrodka: widzenia, słyszenia, ruchu ciała, koordynacji ruchów, kojarzenia, pamięci długo- i krótkotrwałej, przemiany materii, na przykład funkcjonowanie układu pokarmowego itd. Część wymienionych ośrodków związana jest bezpośrednio ze zmysłami człowieka, a więc jest odpowiedzialna za odbieranie bodźców zewnętrznych, takich jak na przykład dźwięki, obrazy, zapachy. Pozostałe ośrodki są natomiast odpowiedzialne za takie przetwarzanie odebranych bodźców, aby możliwe było podejmowanie decyzji świadomych i nieświadomych, związanych z wolną wolą, ale również z układem wegetatywnym. Corpus calossum - pomost łączący prawą i lewą półkulę mózgową - będzie z kolei odpowiedzialny za przesyłanie informacji pomiędzy obiema półkulami, a przez to również za synchronizację ich pracy, co jest niezbędne do prawidłowego funkcjonowania umysłu. Ośrodki ruchu i koordynacji ruchu będą odpowiedzialne za mobilność człowieka itp.

Funkcja zwana umysłem

Funkcjonowanie mózgu od strony przemiany materii, energii oraz procesów chemicznych i psychofizycznych jest złożone i nie będziemy się tym szczegółowo zajmować. Skupimy się natomiast na funkcji mózgu zwanej umysłem. Umysł jest organem niematerialnym, ale z materią wzajemnie współzależnym.

Istota ludzka styka się z dwoma rodzajami tak zwanych elementów rzeczywistości (por. z pracą [1]): 1) obiektami zewnętrznymi oraz 2) sytuacjami, zdarzeniami, z których oba są źródłem impulsów nerwowych docierających do sieci neuronów za pośrednictwem zmysłów i ośrodków mózgowych. W odpowiedzi na impulsy nerwowe, bodźce, umysł człowieka przetwarza je i wypracowuje nowe, które z kolei pozwalają na podjęcie różnych aktywności, jak na przykład: podjęcie decyzji, ruchu ciała, ruchu gałek ocznych itd. Po odebraniu impulsów - wskutek między innymi ograniczonych możliwości ich przetwarzania - umysł podejmuje aktywność zwaną umownie redukcją. Obiekt, zdarzenie rozkładane jest na dwojakiego rodzaju czynniki. Jedne to części składowe - możliwie elementarne, umownie nieredukowalne - zwane elementami rzeczywistości, a drugie to wzajemne współzależności pomiędzy wyodrębnionymi elementami rzeczywistości, współdziałanie cząstek elementarnych analizowanego obiektu, sytuacji, zwane informacją lub też instrukcją działania, funkcjonowania obiektu czy sytuacji składającej się z pewnej liczby elementów rzeczywistości.

Rys. 1. Metoda redukcji

Z powyższego opisu wynika, że umysł człowieka w zetknięciu z dowolnym obiektem, sytuacją, stara się rozłożyć ją na elementy rzeczywistości oraz odkryć ich wzajemne współzależności, przy czym proces taki zachodzi w wielu wypadkach bezwiednie, nieświadomie (por. rys. 1). Prześledźmy teraz ten proces na przykładzie zegara.

Obiekt - zegar (urządzenie wskazujące chwilę czasu). Elementarne, nieredukowalne cząstki to, między innymi: ciężarki, wahadło, wskazówki, tarcza, sprężyna, koła zębate itd. Informacja dotycząca działania, inaczej instrukcja obsługi będzie zaś następująca: sprężyna napędza koła zębate, a przez to poszczególne wskazówki obracają się z różnymi prędkościami kątowymi; wahadło wykonuje ruch wahadłowy o ustalonej liczbie cykli w jednostce czasu, a przez to synchronizuje prędkość obrotową wskazówek zegara; na tarczy zegara zaznaczone są punkty charakterystyczne ułożone w takich odstępach, że pokrywaniu się położenia wskazówki z położeniem wybranego punktu tarczy odpowiada ściśle określona chwila czasu.

Tak przeprowadzona analiza zegara z wykorzystaniem metody redukcji pozwala, z jednej strony, zrozumieć jego działanie i poprawnie odczytać czas, a z drugiej strony, zlokalizować i w razie potrzeby usunąć usterkę. Metoda redukcji pozwala więc umysłowi rozłożyć obiekt, sytuację, na takie cząstki elementarne, które są mu już znane, wraz z odpowiednimi instrukcjami obsługi. Wskutek przeprowadzenia redukcji umysł potrafi bardzo szybko podejmować, najczęściej słuszne, decyzje w odniesieniu do zupełnie nowych sytuacji czy obiektów! Umysł wykorzystuje w tym celu proste prawo, mówiące, że cząstki elementarne różnych zdarzeń najczęściej niewiele się między sobą różnią, podobnie jak i odpowiadające im instrukcje, podczas gdy same sytuacje czy obiekty mogą różnić się nawet dość znacznie od tych już wcześniej spotkanych, przeżytych. Takie podstawowe dane dotyczące budowy i funkcjonowania mózgu ludzkiego, mimo swej pobieżności, pozwalają sobie wyobrazić skalę problemów technicznych rozwiązywanych przez umysł w każdej chwili życia.

Widzenie przestrzenne

Rolę świadomości a dokładniej nieświadomości w procesie widzenia, słyszenia i odbiorze innych bodźców zmysłowych prześledzimy na przykładzie procesu widzenia, gdyż widzenie jest dla świadomości człowieka prawdopodobnie najbliższe ze wszystkich zmysłów.

Analizując widzenie stykamy się z narządem wzroku, czyli oczyma, wraz z ich skomplikowaną budową optyczną, nerwową, sterowaniem geometrią oka za pomocą odpowiednich mięśni itp. Nie ulega wątpliwości, że oczy odgrywają istotną rolę w procesie widzenia. Czy jednak kluczową?

Zagłębiając się w mechanizm działania oka, natkniemy się na zakończenia nerwowe tworzące sieć zwaną siatkówką. Fale świetlne, odbijane lub emitowane przez obiekty, przechodzą przez soczewkę oka i padają na siatkówkę, pobudzając receptory wzroku - czopki i pręciki - w różnym stopniu tworząc tak zwany obraz siatkówkowy.

Powstaje pytanie, czy obraz siatkówkowy to taki, który widzi człowiek? Pytanie wydaje się trywialne, wręcz niedorzeczne. Zastanówmy się jednak. Umysł człowieka ma do dyspozycji dwoje oczu. Odbiera więc w procesie widzenia dwa płaskie obrazy siatkówkowe, przesunięte wzajemnie o około 8 centymetrów. Tymczasem umysł odbiera jeden obraz, ale przestrzenny. Oczywiste jest więc, że na drodze od siatkówki do ośrodka widzenia zachodzi konwersja, odwzorowanie typu:

F: 2´2D + X -> 3D (2)

gdzie 2´2D to dwa dwuwymiarowe obrazy siatkówkowe, 3D - jeden obraz trójwymiarowy, a X - informacje pochodzące ze źródeł innych niż receptory siatkówkowe. Odwzorowanie to na pewno nie zachodzi w siatkówce oka, ale w ośrodku widzenia. Jest więc aktywnością mózgu, a nie narządu wzroku.

Obraz docierający do siatkówki oka jest mocno zakłócony przez różnego rodzaju przeszkody, słabe lub zbyt kontrastowe oświetlenie itp. Podobnie będzie z falami dźwiękowymi docierającymi do ucha. W przypadku siatkówki oka źródłem największych zakłóceń prawdopodobnie jest sama siatkówka! Otóż, nerw wzrokowy zbierający impulsy z siatkówki tworzy sieć przecinającą siatkówkę i powoduje, że na dużej swej powierzchni - ok. 1/4 część siatkówki jest „ślepa”! W miejscu bowiem przebiegania odgałęzienia nerwu wzrokowego nie występują ani czopki ani pręciki. Najgorzej jest oczywiście w miejscu połączenia siatkówki z głównym nerwem wzrokowym. Miejsce to zwane jest wymownie „ślepą plamką”.

Pojawiają się istotne pytania: Jak to się dzieje, że nie widzimy charakterystycznej sieci odgałęzień nerwu wzrokowego, mimo iż sieć ta powoduje nieustannie spory ubytek w obrazie siatkówkowym? Jak to jest możliwe, że oglądamy obraz trójwymiarowy, kolorowy, wysokiej jakości, pozbawiony większości zakłóceń - przy spełnieniu warunków dobrego oświetlenia i dobrej widoczności? Wykorzystanie strategii polegającej na filtracji najprawdopodobniej nie jest słuszne. Filtracja pozwoli najwyżej usunąć z obrazu 2D różnego rodzaju zakłócenia, ale nie pozwoli zrealizować odwzorowania (2) ani też zrekompensować brakujących elementów obrazu siatkówkowego.

Mechanizm widzenia

Odpowiedzi na zadane pytania należy szukać u specjalistów zajmujących się badaniem i leczeniem zaburzeń wzroku i widzenia. Na podstawie ich dociekań mechanizm widzenia można przedstawić, jak na rysunku 2. Dowolny bodziec pochodzący z siatkówki, ucha, receptorów dotyku, bólu lub innych ośrodków mózgowych, na przykład pamięci długotrwałej, inicjuje procedurę tworzenia obrazu 3D w ośrodku widzenia. Istotny jest fakt, że może, ale nie musi to być bodziec pochodzący z siatkówki oka. Wskutek pobudzenia w ośrodku wzroku powstaje obraz 3D, będący pierwszym przybliżeniem sytuacji w otoczeniu. W pierwszej chwili mogą więc występować duże rozbieżności pomiędzy obrazem mózgowym a otoczeniem.

Ośrodek wzroku wysyła utworzony obraz 3D do siatkówki oka w postaci ciągu impulsów nerwowych. Obraz ten jest najpierw zamieniany na dwa obrazy 2D. Następnie ciąg impulsów jest tak formowany, aby korelacja obrazów utworzonych w ośrodku wzroku oraz obrazów siatkówkowych była jak największa oraz by skompensować zerowe pobudzenie siatkówki w miejscach przebiegania odgałęzień nerwu wzrokowego. To drugie jest możliwe, ponieważ ośrodek wzroku, korzystając z pomocy innych ośrodków mózgowych, doskonale zna położenie tych odgałęzień w siatkówce oka. Obraz siatkówkowy jest więc interpolowany w tych miejscach przez ośrodek widzenia!

Po dotarciu obrazu mózgowego 2D do siatkówki oka jest on porównywany z obrazem siatkówkowym. Otrzymany w ten sposób sygnał błędu jest wysyłany z powrotem do ośrodka wzroku w tylnej części mózgu. Ilość informacji wysyłanych zwrotnie jest tym mniejsza, im większy stopień korelacji obu rodzajów obrazu, a największa w chwili, gdy zaczynamy obserwować nowy obiekt lub gdy obserwujemy obiekt szybko poruszający się.

Sygnał mózgowy błędu 2´2D po odebraniu przez ośrodek wzroku jest zamieniany na sygnał błędu 3D i wykorzystywany do korekcji obrazu mózgowego 3D. Skorygowany obraz 3D po przetworzeniu jest ponownie wysyłany do siatkówki oka, a korelacja obu rodzajów obrazu wzrasta. Cała procedura powtarzana jest tak długo, aż wartość korelacji osiągnie zadany poziom, co w przypadku obrazów nieruchomych trwa bardzo krótko. Poziom korelacji spada następnie na skutek poruszania się obiektu, zmiany jego oświetlenia, zmiany obiektu obserwacji itp. Powoduje to na nowo uruchomienie całej procedury.

Znamienne jest to, że noworodki przez okres około dwóch tygodni nie widzą tak, jak dorosły człowiek, choć mają zdrowe oczy. Można to interpretować w ten sposób, że na siatkówce ich oczu powstaje wprawdzie obraz siatkówkowy, ale ośrodek wzroku jeszcze nie nauczył się tworzyć obrazu 3D. Musi więc dopiero wykształcić się nieuświadomiony proces mózgowy widzenia.

Nie bez znaczenia dla widzenia przestrzennego 3D pozostaje corpus calossum - grube włókno nerwowe, odpowiedzialne za przewodzenie impulsów nerwowych pomiędzy obiema półkulami mózgowymi. Bez tego włókna prawidłowe widzenie trójwymiarowe nie byłoby możliwe.

Można wysunąć hipotezę, że obniżenie poziomu korelacji obrazów mózgowego i siatkówkowego inicjuje procedurę korelacji obrazu mózgowego 3D (por. rys. 2). Nie będziemy starali się dowodzić słuszności tej hipotezy. Podkreślimy za to, że cały proces korekcji zachodzi bezwiednie, jest nieświadomy!

Widzenie barwne

Przyglądając się mechanizmowi widzenia przedstawionemu na rys. 2, warto, abyśmy zdali sobie sprawę z wielości zadań realizowanych przez ten obszar mózgu, który odpowiedzialny jest za tworzenie obrazu 3D. Z poprzednich rozważań wiemy, że ośrodek widzenia w mózgu nie tylko tworzy i wysyła impulsy kierujące gałkami ocznymi, ich geometrią, stopniem otwarcia źrenicy, ale również kompensuje impuls nerwowy obrazu 2´2D, tak aby minimalizować impuls błędu powstały na siatkówce oka w miejscu przebiegania odgałęzień nerwu wzrokowego. Okaże się dalej, że ośrodek widzenia spełnia jeszcze więcej zadań, których większość pozostaje nieuświadomiona.

Widzenie kolorowe jest możliwe dzięki receptorom wzroku zwanym czopkami. Wyróżniamy trzy rodzaje czopków, a każdy z nich wykazuje maksymalną wrażliwość na pobudzenie światłem z innego zakresu długości fali. Innymi słowy, wszystkie czopki można podzielić na te, które odpowiedzialne są za percepcję barw: czerwonej, zielonej i niebieskiej. Jeśli na siatkówkę pada fala świetlna o barwie innej niż jedna z trzech wymienionych, towarzyszy temu różny stopień pobudzenia trzech rodzajów czopków. Na podstawie otrzymanej kombinacji stopni pobudzenia w danym miejscu siatkówki ośrodek wzroku rozpoznaje barwę z prawie pełnej palety barwnej i nadaje jej odpowiednią nazwę, jeśli wcześniej dana osoba spotkała się już z taką barwą, a odpowiednia informacja została przechowana w pamięci. Warto zauważyć, że ośrodek wzroku zareaguje identycznie na falę świetlną polichromatyczną, jeśli tylko percepcji barwy towarzyszyć będzie identyczne pobudzenie trzech rodzajów czopków. Zjawisko to zwane jest potocznie „mieszaniem barw”.

Rys. 2. Mechanizm widzenia

Największe zagęszczenie czopków występuje jedynie w wąskim centralnym obszarze pola widzenia. Wynika stąd, że widzenie barwne jedynie na podstawie obrazu siatkówkowego możliwe jest tylko w wąskim centralnym obszarze pola widzenia. Jak to się więc dzieje, że cały obraz mózgowy 3D jest kolorowy? Okazuje się, że ta stosunkowo niewielka ilość informacji barwnej pochodząca z siatkówki wystarcza ośrodkowi wzroku do przeprowadzenia interpolacji barwnej w pozostałej części pola widzenia oraz na jego obszarach peryferyjnych! Barwa w tych miejscach jest oczywiście tylko pewnym przybliżeniem sytuacji rzeczywiście występującej w otoczeniu, przybliżeniem, które zupełnie wystarczy do przetrwania człowieka! Taka strategia widzenia z ograniczoną ilością informacji pozwala na znacznie szybsze podejmowanie decyzji kluczowych z punktu widzenia przetrwania jednostki ludzkiej.

Z kolei w warunkach słabego oświetlenia czopki stają się praktycznie całkowicie „ślepe”. Wrażliwość widmowa pręcików natomiast zachowuje wysoki poziom w całym spektrum częstotliwości widzialnych fal świetlnych. Zagęszczenie pręcików, przeciwnie do zagęszczenia czopków, jest tym większe, im dalej od centrum pola widzenia, a bliżej jego obszarów peryferyjnych. Konsekwencje takiego rozlokowania pręcików dla widzenia siatkówkowego w warunkach słabego oświetlenia są następujące: Pręciki, w przeciwieństwie do czopków, pozwalają widzieć. W części centralnej siatkówka jest praktycznie „ślepa”. Na obszarach peryferyjnych widzenie jest dostateczne do przetrwania, unikania przeszkód i innych niebezpieczeństw. Obraz peryferyjny, siatkówkowy jest czarno-biały, to jest całkowicie pozbawiony barwy, gdyż brakuje w nim nawet znikomej informacji kolorowej pochodzącej z centralnej części pola widzenia. Ośrodek wzroku przestawia się głównie na percepcję ruchu. W mroku detale są nieistotne dla przetrwania. Zwiększa się aktywność pozostałych ośrodków mózgowych: słyszenia, kojarzenia, wyobraźni, po to, by kompensować skąpą ilość informacji pochodzącej z receptorów wzroku.

Przedstawiony mechanizm widzenia barwnego pozwala lepiej uświadomić ogrom zadań spełnianych przez ośrodek widzenia oraz znaczenie współpracy tego ośrodka z pozostałymi ośrodkami w mózgu.

Rys. 3. Obraz mocno zniekształcony

Kojarzenie

Obserwując rys. 2 widzimy, że obraz 3D korygowany jest również na podstawie impulsów nerwowych pochodzących z innych ośrodków mózgowych, między innymi z ośrodka pamięci długotrwałej. Przekonamy się o tym na przykładach.

Przykład 1. Wyraz „STRHCHY” nie występuje w żadnym języku świata. Mimo to dorosły człowiek narodowości polskiej potrafi bez trudu odczytać go poprawnie jako „STRACHY”. Jak to możliwe? Przecież siatkówka oka bezbłędnie rejestruje nieprawidłowy napis! Skoro jednak w procesie widzenia bierze udział również ośrodek pamięci długotrwałej, to ośrodek kojarzenia pozwoli powiązać błędny, nieistniejący napis „STRHCHY” z poprawnym w języku polskim wyrazem „STRACHY”, wysyłając dodatkowo do świadomości impuls nerwowy o poprawności tego ostatniego. Cały proces „korekcji” błędu w napisie zachodzi bezwiednie, bez udziału świadomości.

Przykład 2. Na rys. 3 przedstawiono trzy mocno zniekształcone obrazy, utworzone na podstawie istniejących obiektów. Na pytanie, co każdy z tych obrazów przedstawia, bez dodatkowych wskazówek najprawdopodobniej nie będziemy potrafili prawidłowo odpowiedzieć. Jeśli jednak uzyskamy dodatkową informację, mówiącą, w przypadkowej kolejności, że obrazy te przedstawiają: lokomotywę parową, samolot dwupłatowy oraz prom kosmiczny „Columbia”, to będziemy potrafili bezbłędnie przyporządkować każdemu z wymienionych obiektów odpowiedni obrazek. Korzystamy przy tym z zapamiętanych wcześniej wzorców tych obiektów. Znamienne, że obraz siatkówkowy nie pozwala na prawidłowy odczyt zawartości zniekształconego obrazu. Staje się to możliwe dopiero z udziałem ośrodka kojarzenia na podstawie dodatkowych informacji pochodzących z ośrodka pamięci długotrwałej.

W procesie widzenia człowiek najpierw tworzy obraz otoczenia, a następnie koryguje go na podstawie bodźców wzrokowych. Konsekwencje są następujące: oglądamy obraz przez nas stworzony, będący najlepszą (w naszym mniemaniu) możliwą oceną otoczenia. Możemy widzieć zniekształcony obraz otoczenia. Możemy widzieć inaczej niż inni ludzie, a nasze interpretacje mogą się różnić jeszcze bardziej. W czasie snu nasz umysł wytwarza obrazy nie podlegające korekcji na podstawie bodźców wzrokowych. Jakość obrazu wytwarzanego w umyśle jest dużo wyższej jakości niż informacje docierające do siatkówki oka (konwersja: 2D Ž 3D, brak zakłóceń oraz elementów niepożądanych, obraz jednoznaczny nawet przy słabej widoczności).

Literatura:
[1] Steven W. Smith. The Inner Light Theory of Consciousness. California Technical Publishing, ISBN 0-9660176-1-7 (2001). Web: http://www.innerlighttheory.com/.