Budowa i działanie mózgu
kurs poszerzony



1. Zegary struktur neuronalnych, realizujące percepcję czasu w mikroskali.


Rys. 13 uświadamia, iż percepcja jednostkowa polega nie tylko na integracji obrazu naturalnego w strukturze hierarchicznej integratora, ale jest złożona również z występującego chwilę później ( po pobudzeniu neuronu najwyższego tej struktury ) dodatkowego pobudzenia, pochodzącego od pętli biegnącej do układu pamięci dynamicznej.

Pobudzenie neuronu gnostycznego lub konfiguracyjnego jest więc znaczone dodatkowym pobudzeniem z u.p.d. Ponieważ jednak to dodatkowe pobudzenie powstaje po przejściu fali impulsacji po dość długiej drodze do hipokampa i z powrotem więc przy kolejnych, powtarzających się percepcjach jednostkowych, realizowanych w obrębie tej samej struktury hierarchicznej można mówić o pewnym najszybszym cyklu czasowym owych pobudzeń dodatkowych.

Owe dodatkowe pobudzenie od u.p.d. kompletuje daną pojedynczą percepcję jednostkową. Jeśli percepcje jednostkowe powtarzają się akurat w obrębie tej samej struktury hierarchicznej integratora to owe pobudzenia dodatkowe od u.p.d. oddzielają poszczególne percepcje jednostkowe, czyli innymi słowy dzielą go na ciąg percepcji jednostkowych lub tworzą ciąg percepcji jednostkowych.

Na poziomie neuronów konfiguracyjnych, nawet tych najprostszych, które wykrywają relację pomiędzy np. długością dwóch obiektów "widzianych" w dwóch kolejnych percepcjach jednostkowych, prócz pobudzenia od struktur szacujących długość obiektu dochodzi dodatkowe pobudzanie odpowiadające odruchowi celowniczemu, który przeniósł np. wzrok z jednego obiektu na drugi. Neuron konfiguracyjny szacujący długość otrzymuje więc co najmniej trzy porcje informacji. Jedna wnosi ustalenie iż "przeniesiono wzrok".

Jeśli przypatrujemy się długiemu obiektowi np. drewnianej belce, poczynając od jednego jej końca i kończąc na drugim (rys. 23) , to mimo iż jest to jeden i ten sam obiekt, dochodzi do realizacji kilku percepcji jednostkowych, poprzedzielanych odruchem celowniczym. W wypadku, gdyby eksperyment był jeszcze prostszy i badany obserwował by jedynie plamę
( lub literę) wyświetlaną na ekranie z różnym czasem ekspozycji, lub podawano by ton ( np. z kamertonu) z różnym czasem jego trwania, to wtedy , odruch celowniczy redukowałby się jedynie do najprostszej jego postaci tzn. do kolejnych nawrotów pobudzenia dodatkowego, nadchodzącego rytmicznie po pętli biegnącej od u.p.d.

Można więc powiedzieć, że pętla od neuronu najwyższego integratora do hipokampa i z powrotem do neuronu najwyższego integratora, prócz podstawowej swojej funkcji jaką jes "wywoływanie z pamięci" tzn. uczynnienie obwodu na czas realizacji złożonego spostrzegania lub złożonego wyobrażenia, pełni jeszcze jedną podstawową rolę, a mianowicie jest układem zegarowym danej percepcji.
Wynika z tego już teraz, przy zgrubnym opisie mechanizmów percepcji czasu, kilka wniosków :

a) każda percepcja nawet taka, dla której wydawałoby się iż ma
ona jedynie charakter przestrzenny ( np. litera A na ekranie) ma również charakter czasowy, tzn. jest odwzorowaniem zjawiska czasowo- przestrzennego.

Mówiąc prościej, czy tego chcemy, czy nie, dla każdej percepcji ( czy też spostrzegania sytuacji) jest odliczany (naliczany) czas trwania.

b) Pętla do u.p.d. i z powrotem jest rodzajem zegara. Ponieważ obwodów korowo-limbo- talamo-korowych jest wiele (jest to znaczna wiązka włókien nerwowych) pętli zegarowych jest więc wiele. Nie wszystkie maja te samą "podstawę czasu" (jednostkowy cykl zegarowy)

c) W mechanizmach neurofizjologicznych istnieje duże podobieństwo
(jeśli nie identyczność) pomiędzy sposobem szacowania odległości a sposobem upływu czasu.

Jeśli uwzględnić rozliczne ustalenia eksperymentalne i je przemyślećto okazuje się , iż współcześnie da się powiedzieć o mechanizmach percepcji czasu znacznie więcej.

Model teoretyczny percepcji czasu powinien wyjaśniać proste obserwacyjne i logiczne ustalenia psychologów i fenomenologów dokonane już przed 1000 laty [18]. Słusznie zwrócili oni uwagę na fakt, iż percepując pewną melodię możemy ją rozpoznać dopiero w pewnym momencie czasowym po wysłuchaniu kolejnego tonu, kompletującego pewien fragment motywu melodii. W tym momencie, pamiętając "jakoś jeszcze" poprzednie tony , łączymy je z aktualnie słyszanym a jedną całość, stanowiącą znaną nam melodię. Ów współudział pamięci w percepcji zjawiska zwane przez fenomenologów słowem "retention" w odróżnieniu od "reproduction" (zwanego inaczej "secondary remembrance"). Łatwo jest wytłumaczyć właśnie poprzez działanie "pętli u.p.d". Zgodnie
bowiem z naszym modelem percepcji, rzeczywiście do każdej percepcji jednostkowej, realizowanej przez strukturę hierarchiczną integratora dołącza się cykliczne uczynnianie dodatkowe od pętli u.p.d. Do percepcji dołącza się niejako "podłoże wyobrażeniowe" podtrzymujące przyjęty przed chwila obraz. To "podtrzymywanie" jest jednak za każdym cyklem coraz słabsze i powoli wygasa.

Wolne wygasanie, podtrzymywanego wyobrażeniowo obrazu, który był przed chwilą percepowany, umożliwia jednak odróżnianie przeszłych tonów melodii od tonów percepowanych w odleglejszych momentach czasowych (bardziej przeszłych). Cykliczne pobudzanie pewnego neuronu przez pętlę upd dołącza do percepcji pierwotne wyobrażenie ( owe retention"), które wygasając potem powoli umożliwia nie tylko naliczanie czasu, ale i również uporządkowanie zjawisk w czasie ułożenia ich w sekwencje n. Sekwencję tonów tworzących melodię.

Owo wyobrażeniowe podtrzymywanie (retention) pewnej percepcji na wzór, jak mówi Husser, "ogona komety" dołączonej do "głowy" percepcji aktualnej, jest wiec niezwykle ważne dla rozumienia percepcji aktualnych, a więc dla rozumienia nadchodzących percepcji aktualnych. Wyobrażenie jest więc niezbędnym podłożem rozumnej percepcji i zawsze jej towarzyszy. Rozliczne, współczesne próby automatycznej analizy obrazów wizyjnych, dokonywane na użytek robotyki, nie uwzględniają na ogół tej prawidłowości i dlatego zapewne, jak dotąd , są mało efektywne.

Tak wiec naliczanie czasu towarzyszy nie tylko spostrzeganiu obiektów czasowo- przestrzennych ale i również porządkowanie sekwencji takich obiektów czasowych.

Co więcej obiekty czasowo-przestrzenne ) np. różne tony o różnym czasie trwania) jak i sekwencje obiektów czasowo-przestrzennych (melodie) umiemy sobie wyobrazić , a więc wywołać z pamięci np. poprzez asocjacje po zdaniach języka naturalnego takich np. jak "walc Straussa" , "V symfonia Bethovena".

Wyobrażenie "sekwencji obiektów czasowo-przestrzennych" ( w terminologii E. Husserla tzw. "Immanent Temporal Object") umożliwia odtworzenie zajść czasowych w innej skali czasu, jakkolwiek z zachowaniem odpowiednich proporcji czasów trwania. Wyobrażenie takie jakkolwiek dotyczy czegoś co zaszło w odległej przeszłości to jednak rozpoczyna się od tonu (obrazu) pierwszej danej sekwencji i w sposób uporządkowany przebiega inne elementy ciągu.

Można zaproponować modyfikacje rysunku 13, która przedstawiałaby strukturę neuronalną zdolną zapamiętywać i odtworzyć wyobrażeniowo melodię (sekwencję obiektów czasowo-przestrzennych). Nie czynimy tego tutaj ze względu na znaczna rozwlekłość koniecznego wywodu. Może ją obmyśleć jednak każdy z uważnych czytelników niniejszego rozdziału. Model taki powinien tłumaczyć w jaki sposób możliwe jest wyobrażenie sobie "wydarzeń zaszłych w czasie" w innej "bardziej gęstej skali czasowej". Z tego schematu wynika również wytłumaczenie dlaczego zagęszczanie skali czasowej nie może przekroczyć pewnego minimum, a więc innymi słowy dlaczego procesy myślowe mogą być pobieżne i przebiegać szybko ale nie mogą jednak nie zajmować czasu w ogóle.


Wyobrażenia obiektów nieistniejących i orientacja w przestrzeni.

Przełomem w rozumieniu mechanizmów neuronalnych umożliwiających człowiekowi orientowanie się w przestrzeni było odkrycie tzw. "komórek siatki" (grid cells") https://en.wikipedia.org/wiki/Grid_cell

Patrz także: https://en.wikipedia.org/wiki/Time_perception

Niedawno zaproponowano tzw. atrybutowy model pamięci [21] . W świetle tej teorii obraz pewnego obiektu jest scalany jednoczasowo w różnych strukturach określających pewne jego atrybuty (cechy) o czym wspomninaliśmy już wyżej. Owe atrybuty to tzw. "cognitive maps", którymi są scenariusze (scripts), umiejętności (skill), plany działań (scheems) i sądy samooceniające i wartościujące emocjonalnie (moods).

Proszę jednak zauważyć że prezentowana tu teoria podkreśla ponadto zasadnicze znaczenie "odnotowywania" tzw. ścieżki życiorysowej.

Wydaje się więc że mózg człowieka , wykorzystując owe "high order cognitive maps" wytwarza natychmiast, niejako samoczynnie wyobrażenia wzorców możliwych a więc wyobrażenia obiektów nigdy ni spostrzeganych. Po prostu posiadane , wyobrażalne elementy są przekształcane przez dostępne operacje wyobrażeniowe takie jak powiększanie, przemieszczanie, rotacja oraz składane w większe całości. Powstają w ten sposób "modele" czyli wyobrażenia obiektów nigdy nie widzianych lecz testowanych wyobrażeniowo co do sensowności (zborności) konstrukcyjnej. Kształcenie wytwarza ich wiele, inne są rezultatem twórczości własnej. Wyobrażenia "ekstrapolacji" otoczenia kiedyś poznanego uzupełniają owe "modele teoretyczne". W dużej mierze pomagają one w orientowaniu się w przestrzeni i w wyznaczaniu planów działania. Niezwykle ciekawe jest rozpatrywanie najdalszych możliwych dla danej epoki horyzontów owych modeli. Wydaje się, że najdalej idące modele koherentne danej epoki odgrywają ważną rolę nie tylko dla ich twórców ale i innych członków społeczności.

Rysunki do kursu podstawowego, kliknij tutaj

Rysunki dla  kursu poszerzonego, kliknij tutaj
Budowa i działanie mózgu - kurs podstawowy, kliknij tutaj

 

CZYM JEST BÓL I PRZYJEMNOŚĆ


    Ból jest głównym objawem większości chorób. Jest on także najczęstszą przyczyną wszelkiego cierpienia. Złagodzenie bólu jest pierwszym działaniem lekarzy i jednym z ich podstawowych obowiązków. Ból jako wskazówka diagnostyczna i jako problem terapeutyczny jest jednym z najważniejszych pojęć medycznych. Możność odczuwania przyjemności i posiadanie dobrego samopoczucia jest z kolei centralnym wyznacznikiem zdrowia.

    Współcześnie wiadomo dość dużo na temat struktur i zjawisk neurofizjologicznych związanych z odczuwaniem bólu. Jednak łatwo się przekonać, że próbując opisać zjawiska, które odbywają się na wyższych piętrach centralnego systemu nerwowego, stajemy wobec pewnej tajemnicy poznawczej. Nie wynika to z braku danych doświadczalnych. Trudność pochodzi z konieczności sprecyzowania i werbalizacji hipotez, które dotyczą innego szczebla organizacji. Podobną trudność napotyka się opisując najpierw czym jest percepcja wzrokowa pewnego obiektu, a potem - czym jest rozpoznanie znanego nam obiektu oraz wyobrażenie sobie (wywołanie z pamięci) obrazu tego obiektu.
    Moim zdaniem niezbędne jest w tym zakresie takie wnioskowanie i prezentacja problemu, która wychodzi poza granice typowych rozważań medycznych, która ociera się o problemy filozoficzne i która kończy się u nieprzekraczalnych obecnie granic poznania.

Obwodowe receptory czucia somatycznego i bólu

    Receptory są przemiennikami (konwertorami) energii bodźców naturalnych na sygnały elektryczne, przenoszone wzdłuż włókien nerwowych w postaci różnej częstości iglic potencjałów czynnościowych.
    Jest kilka rodzajów receptorów czucia somatycznego i bólu. Przegląd głównych cech budowy tych receptorów przedstawia ryc.1 ( na stronie /Domozgu5 ). Dobrym modelem większości receptorów mogą być ciałka Pacinianiego. Jest to tzw. szybko adaptujący się receptor ucisku mechanicznego. Budowę i własności receptora Pacinianiego przedstawia ryc.2 ( na stronie /Domozgu5 ). Włókno wstępujące ( aferentne ) leży w obrębie kilkunastu warstw komórek tkanki łącznej. Ucisk mechaniczny powoduje powstawanie w wolnej, nieosłoniętej części włókna zmianę przepuszczalności jonów Na+ i K+, co wytwarza zmianę potencjału spoczynkowego tej części włókna. Ważne jest przy tym, że pierwsze przewężenie Ranviera osłonki mielinowej włókna leży w obrębie cebulastych osłonek zakończenia. Przewężenie to jest miejscem powstawania potencjału czynnościowego, przenoszonego następnie wzdłuż aferentnego włókna, prowadzącego bodźce czuciowe.
    Ogólną budowę neronów, do których zbiega aferentne włókno czucia somatycznego ilustruje ryc. 3 ( na stronie /Domozgu5 ).
    Różnice pomiędzy wolno adaptującymi się i szybko adaptującymi się włóknami czucia somatycznego przedstawia ryc. 4 ( na stronie /Domozgu5 ).
    Aferentne włókna przewodzą wrażenie czuciowe z różną szybkością. Wolno przewodzą włókna bez osłonki mielinowej. Włókna bez osłonki mielinowej przewodzą tym szybciej, im większą mają średnicę. Osłonka mielinowa odgrywa bowiem nie tylko rolę "izolacji kablowej" - jej przewężenia, zwane przewężeniami Ranviera od nazwiska ich odkrywcy, pozwalają na "skokowe przerzucanie" sygnału.
    W skórze leży również kilka typów wolnych zakończeń nerwowych. Są to osobne receptory dla ciepła i dla zimna. Rejestrują one temperaturę z nieznacznego obszaru około 1 mm2. Podobną budowę mają także receptory bólu, czyli tzw. nociceptory. Rozróżnia się obecnie nociceptory mechaniczne, receptory gorąca i nociceptory mieszane. Owe mieszane mechano-nocireceptory wysyłają dane poprzez włókna typu AS dając wrażenie tzw. bólu ostrego (fast pain). Nękający uporczywy ból (tzw. slow pain) przenoszony jest przez włókna typu C.
    Włókna typu C przenoszą także informacje od niektórych receptorów mechanicznych, od receptorów termicznych oraz receptorów wrażliwych na pewne substancje wydzielane do okolicznej tkanki.
    Owe polimodalne (mieszane) nocireceptory pobudza histamina, bradykinina, substancja P, serotonina i acetylocholina. Receptory te pobudza także obniżenie pH oraz zwiększenie stężenia jonów K+. Jak wiadomo, rozerwanie komórek powoduje zawsze podwyższenie stężenia jonów K+, które są zawarte w dużych ilościach we wnętrzu komórek.
    Wszystkie trzy rodzaje nociceptorów są receptorami wolno adaptującymi się. Włókna aferentne mają ciała neuronów w tzw. trakcie Lissaura, znajdującym się w pobliżu rdzenia kręgowego i kończą się synapsami nadawczymi na ciałach neuronów leżących w warstwach I, II oraz V rogu tylnego rdzenia kręgowego; ryc.6 ( na stronie/Domozgu5.htm ) . Neurotransmiterem przenoszącym impulsy w tych synapsach jest tzw. substancja P. Jest to peptyd liczący 11 aminokwasów o wzorze: H - Arg - Pro - Lys - Pro - Glin - Gln - Phe - Phe - Gly - Leu - Met - HN2. Substancja P jest wykrywana metodami immunohistochemicznymi na całym szlaku, poczynając od wolnych zakończeń nocireceptorów, w trakcie Lissaura i w warstwach I - V rogów tylnych rdzenia kręgowego. Tutaj następuje złożone przełączenie przepływu informacji na tzw. przednioboczne szlaki rdzenia kręgowego.
   

Szlaki przenoszące bodźce bólowe

    Równie drobiazgowo moglibyśmy rozważać teraz budowę anatomiczną i działanie szlaków przenoszących odczucia bólu do mózgu, jak i odkrytych stosunkowo niedawno, biegnących wstecz struktur hamujących odczuwanie bólu.
    Przedstawiając hipotezy dotyczące istoty odczuwania bólu i przyjemności ustaleń tych nie możemy pominąć. Proponuję tylko pobieżne zaznajomienie się z tymi danymi poprzez przyjrzenie się rycinom 6-12 ( na stronie/Domozgu5.htm ).
    Czytelnik zauważy tam zapewne główne zasady "konstrukcyjne". Otóż pierwszym piętrem integrującym sygnały biegnące od receptorów w taki sposób, iż powstaje odczucie bólu, jest wzgórze. Potwierdzają to próby usuwania przewlekłego bólu u osób z nowotworami poprzez stereotaktyczne, operacje uszkadzające poszczególne części wzgórza. Zwraca również uwagę podwójny charakter szlaków "doprowadzających". Szlak zwany starym (filogenetycznie stary) przenosi bodźce od rozmaitych receptorów, o różnym progu pobudzenia, czasami tak niskim, iż w istocie są to wrażenia dotykowe.
    Szlak "nowy" przenosi bodźce od wyspecjalizowanych nociceptorów uczynnianych jedynie przez silne bodźce mechaniczne bądź termiczne.
    Trzecią ważną prawidłowością jest to, iż na każdym poziomie przełączenia i integracji bodźców bólowych (rdzeń kręgowy, wzgórze, kora mózgowa) realizowane jest także przełączenie od szlaków przewodzących nie bólowe, lecz zwykłe bodźce czuciowe.
    Na wszystkich poziomach integracji bodźców bólowych istnieje topograficzne odwzorowanie powierzchni ciała. Mapę taką można by wykreślić również dla jąder wzgórzowych.
    Na poziomie kory mózgowej nie da się już jednak wyróżnić oddzielnych pola "czucia bólowego". Aksony neuronów poszczególnych jąder wzgórza podążają do tzw. pierwotnych (S-I) i wtórnych (S-II) pól czucia somatycznego, tzn. zwykłego czucia "niebólowego".
    Jeśli przyjrzeć się ryc. 12 ( na stronie/Domozgu5.htm ) niejako "pod mikroskopem", dokąd zmierzają aksony neuronów wzgórza, można zauważyć, że docierają one do neuronów warstwy IV kory mózgowej. Wszystkie sześć warstw kory mózgowej realizuje specyficzny dla tkanki nerwowej proces "przetwarzania danych", nazwany tu przez nas już kilkakrotnie "integrowaniem danych".
    Z grubsza biorąc ilustruje to ryc.12 ( na stronie/Domozgu5.htm ). Otóż już w latach pięćdziesiątych naszego stulecia Mountcastle ustalił, że neurony pól czuciowych kory mózgowej są zorganizowane w jednolite czynnościowo, wąskie kolumnowe pasemka. Są to jednostki czynnościowe, odbierające odczucia pewnego rodzaju, np. czucia mechanicznego, czucia pochodzącego z zakończeń wokół włosowych itp. Kilka kolumnowych pasemek, odpowiadających różnym typom wrażeń, odpowiada za odczucia płynące z dość ściśle zlokalizowanego miejsca. Istotne dla nas będzie, iż wśród owych kolumnowych pasemek nie ma pasemka odpowiadającego odczuciu bólu. Jak wiadomo Hubel i Wiesel odkryli nieco później, że podobnie zorganizowana jest kora mózgowa pól wzrokowych. Kolumnowe pasemka odpowiadają tu różnym możliwym nachyleniom linii położonej w określonym miejscu wzrokowego pola widzenia. Percepcje obiektów bardziej złożonych niż "linia" powstają przez integrację danych z kilku takich kolumnowych pasemek.
    Analogicznie, odczucie , jakie daje ucisk mechaniczny sztywnej krawędzi w pewnym miejscu ciała lub jeszcze bardziej złożona percepcja doznawana w trakcie uchwytu przedmiotu ręką, zachodzi w neuronach leżących niejako ponad neuronami pasemek kolumnowych. W istocie neurony tego typu stwierdza się w tzw. tylnociemieniowym polu asocjacyjnym czucia somatycznego. Powstaje jednak pytanie, czy wobec integracji bólu już na poziomie wzgórza kora mózgowa bierze w ogóle udział w odczuwaniu bólu. Odpowiedź na to pytanie przynoszą obserwacje pacjentów po operacjach neurochirurgicznych. Otóż lobotomia czołowa (cięcie chirurgiczne przez płaty czołowe kory mózgowej) jakkolwiek nie znosi percepcji bólu, to jednak powoduje, że odbierany ból nie jest dolegliwy, innymi słowy, jest odczuwany jako wrażenie bez znaczenia.

Struktury neuronalne hamujące odczuwanie bólu

    Doświadczenia każdego z nas, jak i wiele spostrzeżeń lekarzy, dowodzą, że intensywność odczuć bólowych zależy od stanu emocjonalnego i innych wyznaczników sytuacji. Ostatnio znaleziono podłoże anatomiczne struktur modyfikujących odbiór wrażeń bólowych.
    Okazuje się, że istnieje wiele rozrzuconych miejsc w substancji szarej wokół komór mózgu i niżej wokół przewodu środkowego, których drażnienie elektryczne powoduje zstępne uczynnianie neuronów jądra szwu wielkiego
(n. raphe magnus). Neurony tego ośrodka nerwowego wysyłają aksony w dół, wzdłuż powrózków grzbietowo-bocznych, które kończą się w tzw. substancji galaretowatej (warstwa II i III) rogów tylnych rdzenia kręgowego. Ilustruje to ryc. 14 ( na stronie/Domozgu5.htm ). Zakończenia aksonów tych neuronów wydzielają jako neurotransmiter serotoninę. Kończą się one na neuronach typu "wstawkowego"(interneuronach), dla których neurotransmiterem są enkefaliny (naturalne analogi morfiny). Interneurony te mają presynaptyczne połączenia z zakończeniami neuronów przewodzących bodźce bólowe. I piętra opisanymi na wstępie. Ilustruje to ryc. 15 ( na stronie/Domozgu5.htm ). Stymulowanie tych ośrodków powoduje głębokie znieczulenie, trwające kilka minut, które umożliwia nawet bezbólowe przeprowadzenie zabiegów chirurgicznych u zwierząt doświadczalnych. Znieczulenie takie jest zlokalizowane w ograniczonym obszarze ciała. Ciekawe jest, że efekt stymulacji narasta przez 5-15 minut po zakończeniu nawet krótkotrwałej stymulacji i utrzymuje się wiele godzin, nawet 24 godziny.
    Opisany mechanizm kontroli transmisji danych bólowych zgadza się z uzyskanymi w ciągu ostatnich piętnastu lat danymi, dotyczącymi mechanizmów działania narkotyków opiatowych i miejsc syntezy endorfin i enkefalin. Już przed piętnastu laty ustalono, że receptory opiatowe stwierdza się nie tylko w rogach tylnych rdzenia kręgowego, ale także w tych samych miejscach, gdzie znajdują się ośrodki których drażnienie wywołuje opisane wyżej znieczulenie. Morfina podana w mikroinjekcjach do tych ośrodków powoduje silne znieczulenie, które zależy jednak od precyzyjnego trafienia mikroiniekcji do danego ośrodka i które jest realizowane niejako na obwodzie , po przeniesieniu informacji przez neurony serotoninergiczne.
    Natura organizmu człowieka jest jednak złożona. Nie tylko, że "wytworzony" ból może być "neutralizowany", ale jak się okazało w ostatnich kilku latach endorfinowy mechanizm nie tłumaczy każdego stanu hamowania odczuć bólowych.
    Otóż udowodniono, że znane przyrodnicze zjawisko zniesienia odczuwania bólu w trakcie eksperymentalnie stresujących sytuacji nie jest zależne od omówionego wyżej mechanizmu związanego z działaniem endorfin i enkefalin. Zjawisko to nie jest jeszcze poznane.
   
Przetwarzanie informacji w trakcie percepcji bólu

    Przemyślenie podanych wyżej faktów prowadzi do wniosku, że percepcja bólu nie jest czymś tak elementarnym, że powstawała już na pierwszym piętrze integrowania danych. W trakcie realizacji tego odczucia dochodzi do wytworzenia pewnego "abstraktu", analogicznego do percepcji wzrokowej. Jak wiadomo, rozpoznanie pewnego obiektu obecnego w "polu widzenia", znanego wcześniej z percepcji wzrokowych, polega na procesie uczynniania hierarchicznej struktury neuronalnej, która wcześniej została niejako "nastawiona", wyczulona na rozpoznawanie danego obrazu obiektu. Owo "nastawienie" (zapamiętanie) obrazu obiektu polega na takiej zmianie własności synaps, iż obraz ten wywoła efektywne wzbudzenie całej tej struktury hierarchicznej, łącznie z jej neuronem najwyższym. Wzbudzenie oczywiście polega na wysyłaniu potencjałów czynnościowych. Dla logiki opisu elementarnych operacji przetwarzania danych przez mózg człowieka konieczne jest założenie istnienia osobnych obwodów uczenia się i wywoływania z pamięci oraz tzw. połączeń reprodukujących. Istnienie takich obwodów potwierdziły niedawno uzyskane dane eksperymentalne.
    Tak więc elementarna operacja na danych zapamiętanych, w tym także elementarne wyobrażenia widzianego kiedyś obiektu polega na uczynnieniu górnych pięter wspomnianej struktury hierarchicznej i krążeniu impulsów po drogach aferentnych i potem wstecz połączeniami reprodukującymi. Powoduje to uczynnienie pewnej "plątaniny" przepływów, pewnej "struktury przestrzennej", która jest modelem informatycznym obiektu będącego uprzednio w polu receptorowym lub "przypominanego sobie" (wywoływanego) z pamięci.
Węzły tej struktury (pewne działające neurony) nie są przypadkowe. Zawsze oznaczają one pewien "podelement" percepowanego lub wyobrażanego obiektu.
    W tym świetle da się już wyjaśnić, na czym polega istota operacji przetwarzania informacji, odpowiadająca subiektywnemu odczuciu bólu. Otóż analogicznie do percepcji obiektów zewnętrznych zachodzi permanentna percepcja własnego ciała.
    Podobnie do percepcji znanego obiektu powinno tu zachodzić porównanie wcześniejszego obrazu (wzorca) z aktualnym obrazem padającym na pewne pole receptorowe. Tym wyjściowym obrazem dla późniejszego ewentualnego porównania w trakcie percepcji bólu musiałby być wzorzec nienaruszonego ciała. Innymi słowy wydaje się, iż percepcja bólu polega na wykryciu różnicy w trakcie porównywania zapamiętanego modelu pewnego fragmentu ciała z informacjami o stanie aktualnym tej samej okolicy ciała.
    Porównywanie percepcji aktualnej z percepcją poprzednią może się odbyć jedynie przez zestawienie danych aktualnych z danymi z pamięci. Wydobycie danych z pamięci, zgodnie z tym co stwierdziliśmy polega na realizacji wyobrażenia. Aby móc odczuć ból, system nerwowy musiałby więc wyobrażać sobie stale swoją "mapę", swój zadany kształt, wyobrażać niejako samego siebie.
    Jeśli hipoteza ta byłaby prawdziwa, oznaczałoby to, że system nerwowy człowieka zapamiętuje obraz własnego ciała. Obraz ten musi być modyfikowany w trakcie rozwoju organizmu. Co więcej, musi on być uaktualniany najnowszymi danymi, z ostatniej niejako chwili, tak aby wykryć ostatnią raptowną zmianę. To, iż system nerwowy zapamiętuje obraz własnego ciała, jest w istocie oczywiste, gdyż od dawna wiadomo, że odwzorowania takie znajdują się w polach czuciowych i motorycznych kory mózgowej.
    Pozostaje jednak do wyjaśnienia, jak owo porównywanie jest realizowane. Otóż, zgodnie z naszą hipotezą, iż wyobrażenie jest krążeniem impulsów pomiędzy neuronami najwyższymi pewnej struktury hierarchicznej a jej neuronami podrzędnymi, musiałoby tutaj zachodzić przekazywanie impulsacji od pewnego miejsca reprezentującego osobę, a później wstecz z powrotem do pól projekcyjnych.
    Przytoczone dane o anatomii i czynności szlaków realizujących percepcję bólu jak i dane o zmianach funkcji po uszkodzeniach neurochirurgicznych świadczą iż na pewnym poziomie owym miejscem "względnie" najwyższym są niektóre jądra wzgórza. U ludzi piętrem nadrzędnym są poza tym jeszcze okolice płatów czołowych.
Owo permanentne krążenie impulsów po tych drogach leży zapewne u podłoża wyobrażenia własnego ciała. Wytwarzana w ten sposób "plątanina", lub może lepiej "kształt elektromagnetyczny" jest wzmacniany ze strony szlaków aferentnych , syntetyzujących dane płynące od obwodowych komórek receptorowych, jeśli obraz wyobrażany pokrywa się z obrazem percepowanym. Ilustruje to ryc. 12 na stronie/Domozgu5.htm i ryc. 9 ze zbioru/Domozgu1.htm.
W obrębie analizatora wzrokowego odpowiada to odczuciu , że widzimy obraz znany, struktura hierarchiczna jest wtedy pobudzona podwójnie silnie. W obrębie odczuć o stanie wnętrza ciała obraz nieznany oznacza, iż stan ten uległ zmianie. Konfiguracja bodźców płynących od dołu, tzn. od zakończeń czuciowych , kinestetycznych, metabolicznych będzie inna. Wzmocnienia w górnych partiach integratora wtedy nie będzie.W trakcie permanentnej percepcji samego siebie deformacja ciała - a więc ból- sprowadza się więc do spadku energii, spadku częstości impulsów przesyłów krążących po górnych piętrach integratora.
     Naszą interpretację fizycznej i informatycznej strony odczuwania bólu uzasadnia wiele danych neurofizjologicznych i klinicznych.
     Warto tu przypomnieć znany neurofizjologiczny fakt, iż część neuronów szlaków czuciowych generuje impulsy w stanie "ciszy", tzn. wobec braku bodźców czuciowych. Znane jest również, że bodźce czuciowe, przewodzone przez włókna z osłonką mielinową typu A, docierają do wzgórza szybciej niż bodźce od nociceptorów, przewodzone przez nieosłonięte włókna typu C. W przypadku rozpoczynającego się urazu jako pierwsza wykrywana jest różnica pomiędzy obrazem poprzednim a obrazem najnowszym. W wypadku destrukcji części ciała dołączają się informacje od nociceptorów, które normalnie milczą. Różnica pomiędzy wyobrażeniem "tego co powinno być", a "tego co jest" staje się jeszcze większa.
     Teorię tę uzasadniają także przypadki chorych, u których wykonywano lobotomię czołową oraz obraz kliniczny chorych z tzw. zespołem wrodzonej obojętności na ból.
     Już od czasu rozpoczętych w trakcie II wojny światowej prac neurochirurgów nad zwalczaniem przewlekłego bólu wiadomo, że przecięcie połączeń pomiędzy wzgórzem a polami S-1 i S-II nie znosi odczucia bólu. Stwierdzono natomiast, jak już wspomniałem, że lobotomia czołowa powoduje , że odbierany ból nie jest w ogóle dolegliwy. Wykazano również, że wycięcie przedniej części tzw. zwoju łukowatego (cingulare gyrus) , umiejscowionego pomiędzy półkolami nad mostem , efektywnie znosi odczuwanie bólu.
     Chorzy z wrodzonym zespołem niewrażliwości na ból nie mają wykrywalnych odchyleń w budowie aferentnych dróg przewodzących dane od nociceptorów. Chorzy ci odczuwają ból jako nieistotną percepcję. Często więc stwierdza sie u nich niezwykłe wręcz blizny po oparzeniach lub zranieniach. U chorych tych upośledzone jest więc różnicowanie pomiędzy światem bodźców zewnętrznych a własną osobą. Niektóre lobotomie czołowe dają ten sam efekt. Prawdopodobne jest więc , że przewanie przesyłu wstecznego bodźców od wzgórza, bądź zwoju łukowatego czy też płatów czołowych utrudnia wyobrażenie "samego siebie" ry. 13 na stronie/Domozgu5.htm. Ponieważ lobotomia czołowa daje podobne zmiany w percepcji lęku i ogólnej oceny samego siebie (autoportretu) wydaje sie więc, że obok możności wyobrażenia sobie modelu świata zewnętrznego, wyobrażanie samego siebie jest istotną składową fenomenu świadomości.
     Powstaje pytanie, czy teorię tę da się zweryfikować lub obalić. Otóż wydaje się, że niezależnie od ewentualnych, możliwych prób jednoczesnej, przyżyciowej rejestracji częstości bodźców oraz zbierania danych klinicznych i neurochirurgicznych można będzie w przyszłości próbować odtworzyć ów proces elektronicznie. Aby móc budować pewne analogowe obwody elektroniczne, trzeba jednak najpierw sformułować głębszą istotę danego zjawiska. Teoria ta jest taką propozycją.
     Myśl tę można wyrazić jaśniej przez analogię z zakresu informatyki. Otóż każda osoba programująca samodzielnie komputery i znająca chociaż z grubsza ich budowę przyzna, iz małe szanse powodzenia miałby badacz , który podłączyłby się do obwodów elektronicznych, rejestrowałby tam przepływ impulsów i chciałby wydedukować z tego istotę realizowanego przez komputer algorytmu. Istotę algorytmu zapisaną w tzw. wyższym języku programowania , przekładanym poźniej na autokod i tzw. język wewnętrzny maszyny trzeba umieć najpierw wyrazić słownie , a potem wzorami matematycznymi. System nerwowy jest także układem przetwarzającym informacje i zapewne nie czyni tego bezładnie, lecz w myśl pewnych zasad , które trzeba próbować sformułować , aby móc zastanowić się nad ich logicznością i zgodnością z faktami eksperymentalnymi.

Przewtwarzanie informacji w trakcie odczuwania przyjemności

     Teoretyczna strona zagadnienia, komplikuje się znacznie, jeśli postawić sobie podobne proste pytanie: czym jest odczuwanie przyjemności?
     Przejrzenie danych o neurofizjologicznym, strukturalnym i biochemicznym podłożu tego rodzaju percepcji nie ułatwi udzielenia odpowiedzi.
     Można się domyślać, że proces przetwarzania informacji , dający subiektywne odczucie przyjemności modyfikuje w jakimś sensie wspomniany wyżej model własnego ciała.  Kierunek modyfikacji owego modelu w trakcie odczuwania bólu jest zrozumiały. Modelowana (oceniana) jest różnica między kształtem zadanym a kształtem aktualnym. W tym przypadku, mimo iż chodzi o przetwarzanie danych integrowanych nisko ( bo na poziomie wzgórza) , naocznie możemy się przekonać  o odpowiedniku tej operacji, możemy bowiem zobaczyć ranę, zmiażdżony palec lub sparzenie skóry. Tym razem podejrzewamy istnienie operacji, która zupełnie nie ma odpowiednika w świecie zewnętrznym.
     Narzucają się więc dwa pytania: 1) czy może istnieć operacja przetwarzania danych, która nie ma modelowego odpowiednika w świecie zewnętrznym oraz - 2) czy da się coś rozsądnego powiedzieć o ogólnych cechach operacji tego typu.
     Odpowiedź na pierwsze pytanie jest pozytywna. Większość konstruktów matematycznych ma taki charakter. Myślowe ich tworzenie jest możliwe dlatego, że system nerwowy rozkłada obrazy naturalne , padające na powierzchnię receptorów, na elementy pierwotne (plamki, tony jednostkowe odczucia pojedyńczego receptora mechanicznego), po czym buduje z nich wtórne konstrukcje pierwotne (reprezentacja "linii", "krawędzie" ). Z owych elementów pierwotnych obrazu percepowanego i owych wtórnych konstrukcji pierwotnych mozliwe jest myślowe tworzenie konstrukcji bardziej złozonych, np. takich jak "czterowymiarowa kula" lub " funkcja hiperboliczna podążająca w nieskończoności asymptotycznie do zera". Konstrukty te mają co prawda symboliczną reprezentację  widoczną "na papierze" , ów zapis symboliczny jest jednak jedynie zapisem wzorcowego ciągu wyobrażeń, które należy zrealizować, aby uzyskać złożone wyobrażenie obiektu matematycznego, który ma taką "właściwość" , iż nie istnieje w rzeczywistości.
     Wypada więc teraz odpowiedzieć na drugie pytanie, to znaczy scharakteryzowac ogólnie konstrukty myślowe
( operacje przetwarzania informacji ), które nie maja odpowiednika w świecie zewnętrznym. W tym celu wrócimy na moment do ogólnych właściwości tych obrazów (reprezentacji wewnętrznych realizowanych przez system nerwowy), które mają odpowiedniki w świecie zewnętrznym ( np. wyobrażenie drzewa, jabłka, ławki, krzesła itp.).
     Otóż wydaje się, że system nerwowy uczy sie rozpoznawać obrazy tylko takich obiektów, które mają niejako jakiś sens, tzn. nie są chaotycznym ("sprzecznym") zbiorem elementów konstrukcyjnych. Nie zauważamy więc na ogół przypadkowych zbiorowisk , kamieni czy deseni (zbioru) kolorowych plam, natomiast od razu próbujemy nazwać taki stos kamieni, który tworzy fundamenty, ściany nośne lub arkadę wspierającą sklepienie.
     Po nieco dokładniejszych rozważaniach nad tym, czym charakteryzuje sie obiekt zewnętrzny, który "ma  jakiś sens", można jak sie wydaje powiedzieć, że obiekt taki (1) zawsze zwiększa lokalnie porządek ( w sensie konstrukcyjnym, energetycznym, estetycznym itp. ), (2) obiekt taki wpływa na najbliższe otoczenie, (3) konstrukcja taka nadaje się do tego, aby posłużyć się nią w tworzeniu konstrukcji bardziej złożonych.
     Otóż wydaje się niewątpliwe, iż system nerwowy stara się wykryć w otaczającym go świecie obiekty , "które mają sens" i buduje ich wewnętrzne modele, które "mają sens" zgodny z kryterium podanym powyżej.
     O takich obiektach (obrazach)  wewnętrznych, tworzonych przez system nerwowy, które nie mają odpowiednika w świecie zewnętrznym (np. koncepty matematyczne) da się powiedziec to samo. Mają one sens w świetle podanego wyżej kryterium.
     Wracając do próby wysłowienia hipotezy o istocie operacji przetarzania informacji, która subiektywnie odpowiada odczuciu przyjemności, możemy teraz stwierdzić, że polega ona na takiej modyfikacji stałej  percepcji obrazu obrazu własnego ciała, która tworzy jego nową wersję, przy czym ta ma sens zgodny z kryterium podanym wyżej.
     Oczywiście zmodyfikowany obraz własnego ciała nie jest widoczny, wręcz nie jest sensowne chcieć go zobaczyć. Co najwyżej kiedyś będzie można przystąpić do prób jego symulacyjnego odtwarzania.
 

Uwaga ! Nowsze prace autora, opublikowane po latach od momentu opracowania niniejszej strony www to: 

157. Brodziak A. Neurophysiology of the mental image. Med Sci Monit 2001, 7, 534 -538
https://www.medscimonit.com/abstract/index/idArt/510460

219. Brodziak A. A current model of neural circuitry active in forming mental images. Med Sci Monit. 2013;19:1146-58. http://dx.doi.org/10.12659/MSM.889587, http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/24335907

293. Brodziak A. The simple, intuitive model of neural circuits, which memorize data, recognize an image and recall it as imagination.
ARC Journal of Neuroscience. 2018; 3(3):1-5 https://www.arcjournals.org/journal-of-neuroscience/volume-3-issue-3/

218.Brodziak A. Clinical significance of knowledge about the structure, function, and impairments of working memory. Med Sci Monit 2013; 19:327-338
http://dx.doi.org/10.12659/MSM.883900 , http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC3659070/ 
       

Budowa i działanie mózgu- kurs podstawowy, kliknij tutaj
Rysunki do kursu podstawowego, kliknij tutaj
Budowa i działanie mózgu- kurs poszerzony, kliknij tutaj
Rysunki dla  kursu poszerzonego, kliknij tutaj

Autor witryny: Andrzej Brodziak http://www.angelfire.com/ga3/gean/homepage.htm
Powrót do strony głównej