1.2.6 Aju ennustamisvõime

loodusprotsessid suunatud kõrgemalt energialt madalamale energiatasemele. Näiteks üles visatud kivi langeb alati tagasi maa peale, soojus kandub alati edasi madalama temperatuuriga kehale ja aatomid püüavad säilitada igahinna eest oma minimaalse energiataseme. Aju on looduse osa ja seega kõik see, mis kehtib looduse korral, peab sama kehtima ka aju korral. Aju funktsioneerimist kirjeldavad neuroteaduslikud teooriad peavad olema kooskõlas aju minimaalse energia tarbimise printsiibiga. Järgnevalt toomegi selle kohta mõned konkreetsemad näited:

1. Inimese aju kohaneb ja säästab energiat, kui kohtab varem lahendanud ülesandeid. Seda nimetatakse neuraalseks adaptsiooniks ehk aju võimeks, mis võimaldab ajul panna tähtsuse järjekorda oma infoallikaid.

2. Aju saadab kõrgematelt ajupiirkondadelt madalamatele piirkondadele infot, mis sisaldab ennustust. Kui ennustus on osutunud edukaks, siis aju pidurdab vastava piirkonna aktiivsust.

Kuid kõiki sündmusi pole reaalselt võimalik ette ennustada. Aju on sellega arvestanud nii, et mudel ümbritsevast keskkonnast drastiliselt ei muutu, kuid mõned selle detailid võivad muutuda, mida aju on isegi ette arvestanud. Väga väikse veasignaali peale ei hakka aju pidevalt seda töötlema ainuüksi energia säästmiseks, vaid täidab neid ootamatuid kõrvalekaldeid juba olemasoleval mudelil baseeruvate ennustustega. See säästab neuronite liigse energiakulu ja tagab inimese funktsioneerimise ümbritsevas maailmas.

3. Sügava une korral väheneb ühtlaselt inimese ajus olevad sünaptilised ühendused. See aitab võimaldada vähendada energiatarbimist ja samas ka mälusisud salvestuvad paremini. See tähendab ka seda, et ärkvelolekus suureneb ajus sünapsite ühendused ( ehk seepärast inimese ajukoores suurenebki erutatavus, kui nad on üsna pikalt ärkvel - samuti ka unedeprivatsiooni tõttu ), kuid sügava une ajal vähenevad ühtlaselt need sünapsite ühendused. Need kaks eri tahku kompenseerivad üksteist.

4. Impulsside levimist ja liikumist erinevate ajupiirkondade vahel reguleerib sünkronisatsioon, mis algselt arvati olevat ajus oleva informatsiooni sõlmimismehhanism. See võimaldab erinevaid ajusüsteeme omavahel funktsionaalselt kokku liita. Sünkronisatsiooni mehhanism ajus lihtsalt reguleerib impulsside liikumist ühelt neuronilt teisele. Sünkronisatsioon ajus on lihtsalt impulsside liikumiste regulaator, mis võimaldab informatsiooni ajus kiiresti ja tõhusalt edastada. Neuronipopulatsioonide aktiveerimisest on efektiivsem just sisend, mis on sünkroniseeritud. Aju kasutab sünkronisatsiooni, sest siis ei pea palju energiat kulutama rohkete neuronite aktsioonipotentsiaalide ( ehk impulsside ) välja saatmiseks.

Sünkronisatsiooni korral on neid aga palju vähem. Kaks neuronit on omavahel funktsionaalselt seotud ainult siis, kui üks neuron saadab oma impulsi teisele neuronile.

Seda võimaldab kahe neuroni sünkroonne aktivatsioon. Kõik see esineb ka erinevate ajupiirkondade vahel, mitte ainult üksikneuronite või neuronipopulatsioonide tasemel.

1.2.6 Aju ennustamisvõime

Inimese aju üks põhiomadusi on ennustamine, mille eesmärgiks on vähendada ennustusvigu. Selle järgi on ajul olemas mudel ümbritsevast maailmast, mis baseerub inimese varasematel kogemustel, teadmistel ja mälupiltidel. Selle mudeli järgi loob aju hüpoteese ennustamaks sündmusi, mis võivad ümbritsevas maailmas aset leida. Selline protsess toimub igal ajahetkel ja teadvusväliselt. Ennustuse vea korral tekib veasignaal, mis kõrgematele ajupiirkondadele tagasi saadetakse. Mida vähem vigu esineb, seda täpsem on aju ennustusvõime ja seda parem on aju mudel ümbritsevast maailmast. Aju põhiliseim ülesanne ongi luua võimalikult täpne mudel 38

maailmast, mille korral esineb väga vähe veasignaale. Veasignaalide töötlemine on neuronitele üsna energiakulukad protsessid. Kuid tänu veasignaalide tuvastamisele ja nende töötlemisele täiustab ja parandab aju oma mudelit ümbritseva maailma kohta. See tähendab seda, et ümbritseva maailma paremaks tundmiseks ja sellele võimalikult hästi reageerida täiustab aju ümbritseva maailma mudelit pidevalt. Seega inimese õppimisvõime põhineb aju ennustusvigade minimeerimises, sest aju mudel ümbritsevast keskkonnast võib olla muutlik.

Aju ennustamisprotsess sarnaneb matemaatikas tuntud tõenäosusteooria arvutusprotsessidega ja loogikaga. Neurofüsioloogiliselt väljendub aju ennustamine selles, et aju saadab kõrgematelt ajupiirkondadelt madalamatele piirkondadele infot, mis sisaldab ennustust. Kui ennustus on osutunud edukaks, siis aju pidurdab vastava piirkonna aktiivsust. Kuid kõiki sündmusi pole reaalselt võimalik ette ennustada. Aju on sellega arvestanud nii, et mudel ümbritsevast keskkonnast drastiliselt ei muutu, kuid mõned selle detailid võivad muutuda, mida aju on isegi ette arvestanud. Väga väikse veasignaali peale ei hakka aju pidevalt seda töötlema ainuüksi energia säästmiseks, vaid täidab neid ootamatuid kõrvalekaldeid juba olemasoleval mudelil baseeruvate ennustustega. See säästab neuronite liigse energiakulu ja tagab inimese funktsioneerimise ümbritsevas maailmas.

Aju teostab absoluutselt igal ajahetkel suur hulk ennustusi ümbritseva maailma kohta, mille baasil loob aju erinevaid hüpoteese, mis seletaksid ümbritsevas keskkonnas toimuvaid nähtusi ja sündmusi. Erinevate hüpoteeside tõenäosusjaotus põhineb statistilisel esinemissagedusel mingis kindlas kontekstis varasemate teadmiste ja kogemuste baasil. Kui kõrgeima protsentuaalsusega ennustus osutub ikkagi valeks ehk tekib aju mudelis ennustusviga, väljendub see sageli ehmatava üllatusena.

Hinnangute ja järelduste baasil tajutakse visuaalseid omadusi. Aju testib erinevaid hüpoteese. Näiteks aju üheks harjumuspäraseks ennustuseks on see, et kaugemal asuvad kehad paistavad alati palju väiksemad kui need tegelikult on. Selline asjaolu tuleneb aju ennustamisest, mis on õpitud igapäevasest kogemusest. Kuid meie aju kipub täpselt sama ennustama ka näiteks kahemõõtmeliste perspektiiviga kujutiste korral, milles kujutatavad kehad on tegelikult ühesuurused. Need on kahemõõtmelised pildid, mille peal on kujutatud üsna veenvad illusioonid kehade erinevatest suurustest. Sisendit, mis tuleb silma võrkkestalt, analüüsitakse aju kuklasagaras varasemate teadmiste valguses.

Aju ennustab ette oma keha liikumist ja sellega põhjustatud muutusi maailmas. See tähendab seda, et visuaalsele tajule toetumise asemel kasutab aju ennustust, pidurdamaks muutuste taju, mis on põhjustatud enda liikumisest. Inimese aju pidurdab liikumise tunnetust vastavas visuaalse nägemisvälja piirkonnas, sest aju ennustab ette oma jäsemete liikumist ruumis. See on ka üks põhjusi, miks inimene ei saa iseennast kõditada.

Aju loodud mudelis, mis on saanud meile igapäevaselt harjumuspäraseks, võib veasignaali vallandada isegi väga väike erinevus. Näiteks võib inimene avastada ühel suvalisel hommikul tööle minnes, et tema auto on maja eest ärandatud. Enne seda konkreetset hommikut olid kõik teised hommikud ühetaolised ehk ei erinenud eelmistest. Igal hommikul tööle minnes on inimene endale juba automaatselt selgeks teinud, et tema auto, millega ta tööle sõidab, on ikka alati see sama auto ja alati pargitud sinna, kuhu ta harjumuspäraselt on seda alati teinud. Kuid nüüd on inimese üllatus suur, kui järsku enam seda autot seal maja ees enam ei eksisteeri. Aju senine mudel erineb tegelikkusest palju enam ja seega tekib veasignaal, mis kõrgematele ajupiirkondadele tagasi saadetakse. Seal hakatakse seda põhjalikumalt analüüsima. Just inimese üllatuses väljendubki veasignaali tekkimine.

Järelduste tegemisel hindab aju signaalide usaldusväärsust, mis võimaldab omakorda hinnata ennustusvea täpsust. Võimalikult optimaalsema mudeli saavutamiseks peab aju pöörama tähelepanu ainult nendele signaalidele, mis on võimalikult täpsed ja usaldusväärsed, sest mitte kõik mudelil baseeruvad ennustused ei ole võrdselt usaldusväärsed.

Aju võrdleb uue info vastuvõtmise korral seda uut infot ennustusega, mis baseerub varasematel kogemustel ja teadmistel. Näiteks kui enne koerte toidukorda helistab inimene igakord kella, siis hiljem oskavad koerad juba ette ennustada toidu saabumist, mis järgneb alati kella helisemisele. Selle nähtuse avastas esimesena 19. sajandil Vene akadeemik Pavlov. Kuid mida vähem on erinevusi ennustusel põhineva mudeli ja reaalse taju info vahel, seda täpsem on aju mudel