VIZUÁLIS ALAPÚ KOGNITÍV MODELL
AGYI KÉPALKOTÁS, MINT VIZUÁLIS
ALAPÚ KOGNITÍV MODELL
1SZŐKE HENRIK, 2HEGYI GABRIELLA, 3CSÁSZÁR NOÉMI, 4VAS JÓZSEF PÁL, 5KAPÓCS GÁBOR, 3,6*BÓKKON ISTVÁN
A VISUAL BASED PROTO-CONSCIOUSNESS MODEL
OF HUMAN THINKING
Ideggyogy Sz 2016;69(1–2):E005–E0013.
1Pécsi Tudományegyetem, Egészségtudományi Kar, Egészségtudományi Doktori Iskola
2Pécsi Tudományegyetem, Egészségtudományi Kar Komplementer Medicina Tanszék
drhegyi@hu.inter.net
3Pszichoszomatikus Ambulancia 1037. Budapest. Montevideo u 5.
Noemi.Csaszar@areus.hu
4 Pszichoterápiai Rehabilitációs Osztály, MISEK Szent Ferenc Kórház, Miskolc
nyelvmuhely.bt@upcmail.hu
5Pszichiátriai Betegek Otthona Szentgotthárd, Szentgotthárd
kapocs.gabor@gotthardotthon.hu
6Vision Research Institute, Neuroscience Department 25 Rita Street, Lowell, MA 01854 USA
bokkoni@yahoo.com
Rövid cím: Vizuális alapú proto-tudat
Levelező szerző: BÓKKON István
Email cím: bokkoni@yahoo.com
Levelezési cím: H-1238, Budapest, Láng E. u. 68.
Telefon: +36 30/2395204
Fax-szám: +36 1 8877917
ABSZTRAKT
Háttér és célkitűzés: magyar nyelven először mutatjuk be a képi reprezentációs modellről folytatott sokéves kutatási sorozat eredményeit, egyszerűsített formában és több új gondolattal. Célunk, hogy minél szélesebb tudományos kör számára elérhetővé tegyük ezt az új modellt, annak vélhető jövőbeli fontossága miatt.
Módszer: Saját tudományos publikációk, szelektív irodalomelemzés és előzetes kísérletek.
Eredmények: Az új molekuláris képi reprezentációs modellünk segítségével számos jelentős tudományos publikációt és előzetes kísérleteket ismertetve mutatjuk be, hogy az agyunk korai vizuális része a látás és a vizuális képzelet során képes lehet ún. belső képeket létrehozni a retinotopikus idegsejtekben keletkező szabályozott biofotonokkal. A modell számos látással kapcsolatos jelenséget képes egységes molekuláris alapon modellezni, mint a vizuális észlelés és képzelet, vizuális REM álmok és vizuális hallucinációk, foszfének, negatív utóképek stb. Az autizmus és a savantizmus kapcsán ismertetett kutatások alátámasztják azt az elképzelést, hogy a vizuális (tudattalan) gondolkozás egészséges emberek esetén is egy lehetséges kognitív modell.
Következtetések: Lehetséges, hogy az evolúció során kialakult egy úgynevezett vizuális proto-tudat, amely közvetlen kapcsolatban van a retinotopikus vizuális területekkel és a verbálistól eltérő kognitív képességgel rendelkezik. Ha beigazolódik ez az új modell, amely számos olyan látással kapcsolatos jelenséget is képes egységes molekuláris alapon modellezni, mint pl. a vizuális észlelés és képzelet, REM álmok és vizuális hallucinációk, foszfének, utóképek és retinális sötét diszkrét zaj, akkor ezzel új utakat nyithat meg a tudomány több területén, mint például a vakok részére kifejlesztett vizuális protézis, mesterséges intelligencia, agykutatás, kognitív kutatás, autizmus kutatása terén.
Kulcsszavak: vizuális képzelet, autizmus, biofotonok, biofizikai reprezentációs képek, vizuális tudattalan gondolkodás, proto-tudat
A POSSIBLE VISUAL BASED
PROTO-CONSCIOUSNESS MODEL OF THE HUMAN THINKING
ABSTRACT
Background and objectives: First, some examples of a sense of the importance of visual representation. Next, we raise an issue that some of symptoms and characteristics of autism, and savantism may suggest that visual thinking can be a possible cognitive model in the case of healthy people as well. Then, our new molecular model about visual representation is described, which suggests that early visual areas of the brain in vision and visual imagery may be able to create images inside the nerve cells resulting retinotopically regulated biophotons.
Method: Own scientific publications, selective literature analysis, and preliminary experiments.
Results: The visual (unconscious) thought may be a possible cognitive model of healthy people as well. The linguistic processes can provide our abstract thinking, verbal communication between people, etc. Although, the inner (biophysical) image representation can ensure that we can imagine events, design geometric forms, namely, the creativity. Our model can present a uniform molecular basis for many visual related phenomena such as visual perception and imagination, visual REM dreams and visual hallucinations, phosphenes, negative afterimages, etc.
Conclusions: It is possible that during the evolution, a so-called visual proto-consciousness can be developed (that has a different verbal cognitive ability), which is in the direct connection with the retinotopic visual fields, visual imagination and visual REM dreams.
Keywords: visual imagination, autism, biophotons, biophysical representational images, visual unconscious thinking, proto-consciousness
BEVEZETÉS
A XX. század 70-es évei óta folyik a vita arról, hogy a vizuális mentális képzelet propozicionális (fogalmi, Pylyshyn) 1, vagy képi (analóg, Kosslyn) 2 reprezentáción alapul-e.
Kosslyn felfogása szerint a perceptuális tudás nem kijelentések formájában, hanem analóg reprezentációkban, általánosan értelmezett „képekben” jelenik meg. Számos kísérlet igazolta, hogy a vizuális képzelet jelentős részben ugyanazon retinotopikus (V1 (striate), V2, V3, V4 (extrastriate) stb. területek) vizuális agyterületeket használja, mint a vizuális észleléskor, vagyis a látás során. Kosslyn modelljében 3 a rövididejű vizuális emlékezet analóg módon egy átmeneti retinotopikus vizuális pufferben (surface representation, vagy depictive representation) tárolódik - ezt nagyjából úgy képzelhetjük el, mint a munkamemória egy része, ami specifikus a vizuális reprezentációra - és itt történik az analóg képi reprezentáció létrehozása is.
Ebben a vizuális pufferben a vizuális észleléskor "bottom-up" (az alacsonyabb szintű rendszerek felől a magasabb szintű agyi rendszerek felé), és a belsőleg generált képzelet során "top-down" (magasabb szintű agyi rendszerektől az alacsonyabb szintű rendszerek felé) folyamatok működnek 3. A hosszú távú vizuális memória nem képeket tárol, hanem a képek „összenyomott” kódokká konvertálódtak. Kosslyn hangsúlyozza, hogy nincs homunculus a fejünkben, hanem a képi reprezentáció értelmezését magasabb rendű agyi folyamatok végzik. Kosslyn realitás szimulációs elve 3 szerint (Reality Simulation Principle, RSP), a vizuális mentális képzelet utánozza a megfelelő külvilági eseményeket, mintha az aktuális, a valódi tárgyat látnánk.
Pylyshyn és Kosslyn modelljét Allan Paivio kettős kódolási elmélete próbálta összeegyeztetni. Paivio szerint 4 az információkat két elkülönült rendszer segítségével szimultán, vizuálisan és verbálisan is kódoljuk a tanulási folyamat során.
Mindezekhez képest merésznek hathat az az elképzelésünk, hogy a vizuális mentális képzelet nem csupán analóg természetű, hanem tényleges belső képek keletkezhetnek a retinotopikus vizuális neuronok által.
Tanulmányunk egy olyan új molekuláris képi modellt ismertet, amelyben a látás és a vizuális képzelet belső képeket alkot a retinotopikus idegsejtekben keletkező szabályozott biofotonok által 5; 6; 7. E cikkünkben a tudat kérdésével nem foglalkozunk, kizárólag az elsődleges, alacsonyabb szintű V1 és V2 területek (biofizikai) képi reprezentációját tárgyaljuk. A modell interdiszciplináris jellege miatt jelen írásunk az alapmodellre koncentrál.
A KÉPI REPREZENTÁCIÓ FILOGENETIKUSAN ŐSIBB SZEREPE
Összetett geometriai formák aligha reprezentálhatók nyelvi folyamatokkal. Például, amikor a vörös vérsejtekben lévő hem-molekula (1. ábra) komplex kémiai képletét emlékezetből lerajzoljuk, aligha lehetséges, hogy a „hem” szó önmagában reprezentálta volna az összetett mintát. Valószínűbb, hogy a „hem” szó, mint egy nyelvi kód hozzárendelése a komplex vizuális stimulushoz iniciálja a minta előhívását a hosszú távú vizuális memóriából8.
1. ábra Hem struktúra
Figyeljük meg Vincent van Gogh gyönyörű festményét, extrém részleteivel és pazar színeivel együtt (2. ábra). Hány szóra lenne szükségünk, hogy lefesthessük ezt a virágcsokrot újra? Ez szavakkal történő kódolás által lehetetlen.
2. ábra. Vincent van Gogh "Poppy Flowers" című festménye
Stephen Wiltshire egy ismert autista, aki kiemelkedő vizuális memóriával rendelkezik. Képes egy teljes város részletes panorámájának lerajzolására csupán egyetlen helikopteres városnézés után. Ezt a feladatot pusztán propozicionális (fogalmi, nyelvi) reprezentációval lehetetlen elvégezni 1. Kunda és Goel az autisták gondolkozását elemezve amellett érvelnek 9, hogy komolyabban kellene venni a vizuális gondolkodást, mint lehetséges kognitív modellt.
Az állatok nyelv nélkül is képesek megvalósítani összetett vizuális reprezentációkat, például a rovarok vizuális gondolkodást használnak a navigáláshoz 10.
Az emberek képesek érzékelni olyan tárgyakat és eseményeket is, amelyekre nincs megfelelő szavuk a mentális szótárukban. Így, bár az új-guineai bennszülöttek meg tudják különböztetni a zöld színt a kék színtől, nyelvükben mégis csak egy szó van a két szín számára 11.
A különféle nyelvek azonos fogalmakra eltérő szavakat használnak (3. ábra). A képek tartalmát bárki képes megérteni, függetlenül a beszélt nyelvtől. Például az autó képe univerzális, míg beszélt nyelvi leírása tetszés szerint cserélgethető.
Az eidetikus képzelettel rendelkező személyek egy nézett kép eltávolítása után is sokáig képesek rendkívül részletesen és élénken feleleveníteni az előzőleg látott képet az “elme szemével”. A kognitív neurológiai és fiziológia kísérletek alapján úgy tűnik, hogy a gyermekek is eidetikus képekben gondolkoznak. Ezt a képességüket azonban elveszítik, miközben megtanulnak beszélni, olvasni és írni, így egy kép nézése közben történő verbalizációja gátolja az eidetikus memóriát 12.
AUTIZMUS, MINT EGY LEHETSÉGES „ABLAK” AZ EGÉSZSÉGES AGY NORMÁL MŰKÖDÉSÉNEK MEGÉRTÉSÉHEZ
Az autizmus egyes jellegzetességei, vagy a savant-szindrómás esetekben sokszor kialakuló különleges képességek alapvető összefüggésbe hozhatók a képi reprezentáció jelentőségével 8.
Általánosságban az autistákra jellemző egy magasabb fokú, bár atípusos vizuális feldolgozás, amit gyakran a beszélt és az írott nyelv csökkent képessége kísér 9; 13; 14.
A savant-szindróma egy olyan ritka fejlődési rendellenesség, ahol az általános képességek ugyan korlátozottak, ugyanakkor egy vagy több területen kiváló képességek, vagy éleselméjűség jelentkeznek. Az autisztikus savantok IQ-ja az átlag alatt van, azaz az adott területen való kiemelkedő tehetségük IQ-független, valamint inkább a részletekre fókuszálnak 15.
A vizuális rendszer feltételezhető speciális szerepe a multiszenzoros integrációban
Az utóbbi évtized kutatásai egyértelműen igazolták az ún. multiszenzoros integrációs információfeldolgozást, ami azt jelenti, hogy minden érzékszervünkből (látás, hallás, tapintás, szaglás, ízérzékelés) felvett információ folyamatosan és egyidejűleg az összes többi specifikus szenzoros agyi területekre is befut és az agy folyamatosan integrálja az összes felvett szenzoros információt 16; 17; 18; 19. Azaz bármely szenzoros információ valamilyen mértékben modulálja az összes többi szenzoros információt.
Vasconcelos és munkatársai 20 felvetették, hogy az elsődleges szenzoros agyi területek információ-elosztóként működnek. A kreatívitás során új módon kombináljuk a külvilág belső reprezentációját, amely valószínűleg nem absztrakt nyelven történik, hanem a részletgazdag elsődleges vizuális területeken végrehajtott reprezentációk által. Baron-Cohen és munkatársai 21 szerint az elsődleges szenzoros szint játssza a kulcsszerepet a különleges tehetségek és az autisták képességeinek kialakulásában, magába foglalva a részletekre irányuló kitűnő figyelmet és a hiper-rendszerező képességet is. Pasqualotto és Proulx 22 úgy véli, hogy a vizuális rendszernek speciális szerep jut ebben a multiszenzoros integrációban. Petro és munkatársai 23 fMRI kutatásai igazolják, hogy még az alacsonyabb szintű vizuális V1 területek is részt vesznek a magasabb kognitív funkciók végzésében.
Halelamien és munkatársai 24 transzkraniális mágneses stimulációs (TMS) kísérletei során az önkéntesekben egy adott kép bemutatása után 100 msec késéssel alkalmazott TMS a látott kép re-percepcióját idézte elő: az alany újra „látta” a képet. Az alanyok néha csak a képen látható tárgyak formáját „látták” újra, de több esetben az előzőleg felvillantott kép fotográfia-szerű belső újraérzékelését „látták” a vizuális kortex ingerlése során. A vizuális percepció után részletgazdag vizuális információ őrződött meg, ami ugyan nem érte el a tudatosság szintjét, de TMS indukcióval előhívható volt 25.
A vizuális kortex szerepe a matematikai gondolkodásban
A legtöbb autisztikus savant és az autisták esetén is a jobb agyfélteke felé eltolódó információfeldolgozás látható 26, valamint az autistáknál jellegzetes a kitűnő vizuális diszkriminációs képesség is. Mivel sok savant nem rendelkezik alapvető számtani intelligencia képességekkel 27, valószínűleg az említett képességek annak köszönhetők, hogy az absztrakt koncepciók konkrét tulajdonságokra konvertálódnak (reification, tárgyiasítás) 27.
Feltételezhető, hogy egészséges gyermekek matematikai (numerikus reprezentáció) és vizualizációs képessége között is erős a kapcsolat 28; 29. Frank és Barner szerint 30 a mentális számológép a vizuális munkamemóriában reprezentált úgy, hogy az abacus oszlopokra tagolódik és mindegyik független egységként tárolódik.
MOLEKULÁRIS KÉPI REPREZENTÁCIÓS MODELL
Szabadgyökök és biofotonok
Az utóbbi évtizedek kutatásai egyértelműen igazolták, hogy a nélkülözhetetlenek a memóriaképzéshez, a szinaptikus plaszticitáshoz és a neurotranszmitter szabályozáshoz is 31; 32; 33; 34; 35.
Az összes ismert élő sejttípus és az idegsejtek is folyamatosan produkálnak ultra-gyenge intenzitású látható tartományú biofotonokat 36; 37; 38; 39; 40 Kísérleti adatok szerint az idegsejtekben keletkező biofotonok kibocsátása korrelál a neurális aktivitással, a neuronok depolarizációjával, az EEG-vel, a glutamát neurotranszmitter indukciójával és az oxidatív metabolizmussal is 37. Sun és munkatársai szerint a biofotonok képesek a neuronok mentén terjedni és a neurális biofoton és neurális bioelektromos aktivitás egymástól nem független jelenségek 41.
Modell: Belső képek keletkezése a szabadgyökös folyamatokból származó biofotonokkal a retinotopikus V1 területen a vizuális észlelés és képzelet során
A következőkben ismertetett modellünk az első molekuláris mechanizmus az analóg képi reprezentációra (4. ábra).
4. ábra. (A) TV monitor pixelek. (B) Molekuláris képi reprezentációs modell (lásd a szövegben).
A látás során az elnyelt fotonokat a retina retinotopikus elektromos jelekké alakítja át, amelyek a látópályán keresztül az elsődleges vizuális (V1, striate) kortexbe érkeznek és itt szinaptikus tüzelési mintázatot indukálnak. A modellünk szerint a V1 területén a látás nem csak egy szinkronizált neuron aktivációs mintázatot hoz létre, hanem ezzel egyidejűleg ugyanezen aktivált neuronokban (5. ábra) szinkronizált biofoton termelés is létrejön, mivel amikor a glutamát aktiválja receptorait (NMDA), akkor ezen szignálok szabadgyökök termelését is beindítják az idegsejtekben 42. Kísérletileg igazolták, hogy az idegsejtek biofoton-emissziója korrelál a neurális aktivitással és a glutamát neurotranszmitter indukciójával 40; 37.
A biofotonok nagy része nem mérhető, mert a sejteken belül közvetlenül a keletkezésük után elnyelődnek a természetes foton-elnyelő kromofór molekulák (porfirinek, pirin gyűrűk, flavinok, pirimidin gyűrűk, lipid kromofórok, aromás aminosavak, stb.) által 43. Ezért ami mérhető, az a külső sejtmembránokból származik 44. A vizuális neuronokon belül keletkezett biofotonok révén a vizuális percepció során a legalább 108 - 109 biofoton/sec intenzitás elegendő lehet a belső biofizikai kép előállításához 45.
Hubel és Wiesel 46 kutatásai alapján a vizuális kortex jellegzetes funkcionális oszlopok (columns) egységeiből áll, és az ugyanazon retinális helyekhez tartozó - bár különféle stimulációs tulajdonságokra hangolt - neuronok úgynevezett hiperoszlop (hypercolumn) egységekbe szerveződnek, középen mitokondriális citokróm oxidáz blobokkal (a blobok színekre érzékeny hengeres alakú neuron csoportok, lásd az 5. ábrán). A V1 irányokra (tájolás) és színekre reagáló lokális kis neuron csoportjai a mitokondriális citokróm oxidáz csoportoknak felelnek meg 47.
Ha a V1 neuronok kis csoportjait - durva hasonlattal - mint a TV monitor „pixeljeit” (szín egységei) képzeljük el (lásd 5. ábra), akkor a vizuális percepció során aktiválódott sok millió retinotopikus neuron összehangolt elektromos tüzelése során ezen neuronokban szinkronizált biofotonok keletkezhetnek, amelyek a külső, retinális fotonokkal érzékelt vizuális világot a jóval gyengébb intenzitású belső biofotonokkal újraalkothatják (re-reprezentálják), így egy belső képi reprezentáció, más néven belső biofizikai virtuális vizuális realitás keletkezik.
Modellünkben a hosszú távú vizuális memória - a vizuális képzeleti információ forrása -, nem képekben, hanem epigenetikusan tárolódhat. Az epigenetikus folyamatok szerepe alapvető a neurális plaszticitás és a hosszú távú memória kialakulásában 48; 49; 50. A szinaptikus plaszticitás és a neurális hálózatok modellje egyáltalán nem mond ellent az epigenetikai modellnek, hanem inkább kiegészítik egymást. A vizuális képzelet során a hosszú távú epigenetikus vizuális memória aktiválódik, és top-down folyamatok révén lehetővé teszi, hogy a vizuális percepció során észlelt képek ismét biofotonikus képekké alakuljanak a V1 retinotopikus területeken. Ezek a képek azonban nem feltétlenül olyan szorosan geometriai alakúak, mint a valóságos vizuális világ formái, ezzel lehetővé téve, hogy tetszés szerint manipulálhassunk képzeletünkkel.
Megjegyezzük, hogy az agyban nagyszámú vizuális retinotopikus terület található 51, ami puszta elektromos komputációs szempontból nem indokolt. Sőt Slotnick 52 legújabb kísérletei igazolták, hogy retinotopikus területek találhatók a frontális és parietális kortexben is, azaz nem csak a vizuális régiók tartalmaznak retinotopikus területeket az agyban. A nagyszámú vizuális retinotopikus terület jelenléte azt sugallja, hogy a vizuális reprezentációban a speciális retinotopikus struktúrák különleges szerepet játszanak.
Foszfének
Molekuláris képi modellünk indirekt bizonyításában a foszfén-jelenség segíthet. Foszfén fénypontokat, fényformákat látunk, ha lágyan megnyomjuk csukott szemünket ujjunkkal (mechanikus ingerlés) vagy elektromosan/mágnesesen ingereljük a retinát vagy közvetlen a V1 vizuális kortexet 53. A foszféneket láthatjuk nyitott, de csukott szemmel is, azaz a foszfén érzékeléshez nincs szükség a külső világ fotonjaira, mint a látás során, mert a foszfén-fénypontok az agyban a vizuális rendszer különböző részeiben keletkezhetnek. A foszfének, a látáshoz hasonlóan, szintén retinotopikusak, azaz a retina adott pontján elektromosan indukált foszfén az ellenoldali félteke V1 kortex megfelelő részén fog neuronaktivációt kiváltani 54. A foszfén fényeket a retinálisan vak emberek is látják, például a V1 kortex közvetlen elektromos ingerelésekor 55. Csak azok a vakok látnak foszféneket, akiknek születésük után volt valamennyi ideig vizuális élményük 55. Ez azt sugallja, hogy a foszfén-fény indukciója közvetlen kapcsolatban van a funkcinális retinotopikus területek kialakulásával, valamint hogy a vizuális áramkörök, amik a vizuális érzékeléshez szükségesek, ugyanúgy kellenek a foszfén-fények érzékeléséhez, ennek indukálásához. Bressloff és munkatársai 56 szerint az előzőekben említett V1 oszlopos (columnáris) funkcionális struktúrája felelős a jól reprodukálható foszfén-fényekért (reprodukálható foszféneket más néven forma-konstansoknak is hívják) és a látás során a kontúrok reprezentációjáért. A foszfének tudatos érzékeléséhez és a megfelelő éleslátáshoz a V1 és V2 korai területek szükségesek 57, valamint a vizuális képzelet befolyásolja a foszfének érzékelését 58. A legújabb fMRI kísérleteinkben kimutattuk 59, hogy retinális betegség okozta spontán foszfének képesek a vizuális kortex nagy részét aktiválni.
A tudomány a foszfén-fényeket vizuális hallucinációnak tekinti és a foszfén-fényérzékelést elektromos jelenségként írja le. Bókkon 53 vetette fel először, hogy a foszfének valószínűleg a szabadgyökös folyamatokból származó biofotonoknak köszönhetők. Azaz a mágneses, elektromos, mechanikus ingerléskor, gyógyszerek mellékhatásaként, egyes betegségeknél stb. a vizuális rendszerben valahol lokálisan és átmenetileg megnövekedett szabadgyökökből eredő biofoton-emisszió okozza a foszfén-fényérzékelést. A biofotonok okozta foszfén-fény akkor tudatosulhat, mikor a biofotonok száma (azaz lokális intenzitása a közeli neuronokban) elér egy adott küszöbértéket, és ekkor az agy úgy értelmezi a retinális vagy a retinotopikus neuronok biofotonjait, mintha azok a külső vizuális világból származnának látás során.
Taylor és munkatársai 61 szerint a tudatos foszfén-érzékelés és ehhez kapcsolódó foszfén-indukált neuron-potenciálok hasonlítanak a tudatos vizuális érzékeléshez (látás) és az ahhoz kapcsolódó elektrofiziológiai folyamatokhoz. Ez azt jelzi, hogy a foszfén-érzékelés feldolgozása nagyon hasonlít egy fordított látás sorrendhez 62. Továbbá a vizuális képzelet befolyásolja a foszfének TMS általi indukálását 58, ami azt sugallja, hogy a vizuális képzelet és a belső foszfén-érzékelés közvetlen funkcionális kapcsolatban vannak.
Retnális foszfének biofoton eredete
2006-ban Catalá igazolta 63, hogy a retinális fotoreceptorok lipidperoxidációjából keletkező szabadgyökök biofotonokat produkálnak. Később Narici és munkatársai 64 több kísérletben bizonyította - Bókkon korábbi felvetésének megfelelően 53 -, hogy az egyik foszfén-fajta (az űrutazás során tapasztalt ionizációs sugárzás indukálta foszfén-fényt az asztronauták rendszeresen tapasztalják) a retinális szabadgyökökből eredő biofotonoknak köszönhető. 2011-ben kísérletekkel igazoltuk 38 , hogy a patkányokból frissen izolált egész szem, a szemlencse, az üvegtest és a retina spontán és látható fény (vörös, kék, zöld) által indukált biofoton-emisszióját. Nemrég fMRI kísérletekben igazolódott 59, hogy a Leber-féle kongenitáls amaurosisban szenvedő alanyok spontán foszfén produkciója aktiválta a retinotopikus vizuális kortex jelentős részét. Kijelenthetjük, hogy az első kísérletek a retinális foszfének biofotonos eredetének elméletét támogatják.
Ha igazolni tudnánk, hogy a V1 kortex elektromos vagy mágneses ingerlése foszfén-fényérzékelést produkál és ezzel egy időben megnövekedne a V1 biofoton-emissziója is, egy indirekt bizonyíték lenne arra, hogy az agyban keletkező biofotonok tudatossá válhatnak és valóban belső képek keletkezhetnek a V1 vizuális területen.
A vizuális képzelet és a neuronok biofoton-emissziója közötti kapcsolat kísérleti bizonyítékai
A vizuális képzelet és a neuronok biofoton-emissziója közötti kapcsolatot, valamint a jobb félteke vizuális képzeletben játszott alapvetőbb szerepét támogató első kísérletes eredményeket a Persinger vezette kutatócsoport kísérletei 65 adták. A kísérlet során egy sötét szobában az önkéntesek hosszú sötét-adaptációja után konkrét feladat nélkül (nyugalmi állapot, random gondolatok esetén) megmérték az alanyok jobb és bal agyféltekéből származó alap biofoton-emisszióját. Ezután megkérték az önkénteseket, hogy képzeljenek el egy erős fehér fényt és ismét mérték a jobb és bal agyféltekéből származó biofoton-emissziót. Ekkor az erős fény elképzelése hatására a bal agyfélteke fölött mért biofoton-emisszió 10%-al nőtt, ugyanakkor a jobb félteke fölött egyértelműen 300%-al nőtt a biofoton-kibocsátás, mely korrelált az EEG aktivitással.
Van Wijk és munkatársai kísérleteikben igazolták 66, hogy az önkéntesek homloka felett mért biofoton-emisszió intenzitását a meditáció alapvetően befolyásolja. Azaz a meditáció, mint speciális kognitív folyamat direkt módon korrelál az agy biofoton termelésével, továbbá a meditáció befolyásolja a szabadgyökök képződését is az agyban 67.
MEGBESZÉLÉS ÉS ÖSSZEFOGLALÁS
A bemutatott tudományos eredmények azt sugallják, hogy egyrészt a nyelvnél természetesebb közvetítő a kép, másrészt a vizuális reprezentáció filogenetikusan ősibb. Az autizmus és a savantizmus kapcsán ismertetett kutatások támogatják azt az elképzelést, hogy a vizuális (tudattalan) gondolkozás egészséges emberek esetén is egy lehetséges kognitív modell. Feltételezzük továbbá, hogy a vizuális észlelés és képzelet hasonló retinotopikus területeken zajlik.
Valószínű, hogy az evolúció során kialakult egy, a verbálistól eltérő kognitív képességgel rendelkező, úgynevezett vizuális (implicit, rejtett) proto-tudat 68, amely közvetlen kapcsolatban van a retinotopikus vizuális területekkel és a vizuális képzelettel.
Valószínű, hogy agyunk egyaránt használ nem csak egymáshoz, hanem egyéb szenzoros modalitásokhoz is szorosan kapcsolódó képi és nyelvi reprezentációt. A nyelvi folyamatok biztosítják az alapot pl. az absztrakt gondolkodáshoz, az emberek közötti kommunikációhoz, míg a belső (biofizikai) reprezentációs képek biztosítják, hogy elképzelhetünk eseményeket, tervezhetünk geometriai formákat, azaz lehetővé teszik a kreativitást.
Jelenleg több célzott in vitro és humán kísérlet is folyik a neurális biofoton-emisszió és a neurális foszfének vonatkozásában a vázolt modell igazolására. Mivel a klinikai farmakológiában a foszfén-fények érzékelése a leggyakoribb mellékhatások közé tartozik, ennek tényleges megértése a biofoton-modell révén új perspektívákat nyithat a gyógyszerfejlesztésekben. Modellünk új utat nyithat többek között a kognitív és molekuláris agykutatásban, a nano- és fotodinamikai gyógyszerkutatásban, valamint az optogenetikában is.
IRODALOM
1. Pylyshyn ZW. Seeing and visualizing: It’s not what you think. Cambridge: MIT Press; 2003.
2. Kosslyn SM. Image and Brain: The Resolution of the Imagery Debate. Cambridge: MIT Press; 1994.
3. Kosslyn SM. Remembering Images. In: Gluck MA, Anderson JR, Kosslyn SM. (eds.), Memory and Mind: A Festschrift for Gordon H. Bower. New Jersey: Lawrence Erlbaum Associates; 2007.
4. Paivio A. Mind and Its Evolution: A Dual Coding Theoretical Approach. Mahwah, NJ: Lawrence Erlbaum Associates; 2007.
5. Bókkon I. Visual, perception and imagery: a new hypothesis. BioSystems 2009;96:178–84.
6. Bókkon I, D'Angiulli A. (2009). Emergence and transmission of visual awareness through optical coding in the brain: A redox molecular hypothesis on visual mental imagery. Biosci Hypothese 2009;2:226-32.
7. Bókkon I, Salari V, Tuszynski J. Emergence of intrinsic representations of images by feedforward and feedback processes and bioluminescent photons in early retinotopic areas. J Integr Neurosci 2011;10:47-64.
8. Bókkon I, Salari V, Scholkmann F, Dai J, Grass F. Interdisciplinary implications on autism, savantism, Asperger syndrome and the biophysical picture representation: Thinking in pictures. Cogn Syst Res 2013;22-23:67-77.
9. Kunda M, Goel AK. Thinking in pictures as a cognitive account of autism. J Autism Dev Disord 2011;41:1157-77.
10. Collett T, Collett M. Memory use in insect visual navigation. Nat Rev Neurosci 2002;3:542-52.
11. Kay P, Regier T. Language, thought and color: recent developments. Trends Cogn Sci 2006;10:51-4.
12. Searleman A. Is there such a thing as photographic memory? And if so can it be learned? Mind Brain 2007;2(3): 27-8.
13. Joseph RM, Keehn B, Connolly C, Wolfe JM, Horowitz TS. Why is visual search superior in autism spectrum disorder? Dev Sci 2009;12:1083-96.
14. McGrath J, Johnson K, O'Hanlon E, Garavan H, Leemans A, Gallagher L. Abnormal functional connectivity during visuospatial processing is associated with disrupted organisation of white matter in autism. Front Hum Neurosci 2013;7:434.
15. Drake JE, Winner E. Precocious realists: perceptual and cognitive characteristics associated with drawing talent in non-autistic children. Philos Trans R Soc Lond B Biol Sci 2009;364:1449-58.
16. Bolognini N, Rasi F, Coccia M, Ladavas E. Visual search improvement in hemianopic patients after audio-visual stimulation. Brain 2005;128:2830-42.
17. Ghazanfar AA, Lemus L. Multisensory integration: vision boosts information through suppression in auditory cortex. Curr Biol 2010;20:R22-R3.
18. Henschke JU, Noesselt T, Scheich H, Budinger E. Possible anatomical pathways for short-latency multisensory integration processes in primary sensory cortices. Brain Struct Funct 2015;220:955-77.
19. Takahashi C, Watt SJ. Visual-haptic integration with pliers and tongs: signal "weights" take account of changes in haptic sensitivity caused by different tools. Front Psychol 2014;5:109.
20. Vasconcelos N, Pantoja J, Belchior H, Caixeta FV, Faber J, Freire MA, et al. Cross-modal responses in the primary visual cortex encode complex objects and correlate with tactile discrimination. PNAS 2011;108:15408-13.
21. Baron-Cohen S, Ashwin E, Ashwin C, Tavassoli T, Chakrabarti B. Talent in autism: hyper-systemizing, hyper-attention to detail and sensory hypersensitivity. Philosophical Transactions of the Royal Society B: Biological Sciences, 2009;364:1377-83.
22. Pasqualotto A, Proulx MJ. The role of visual experience for the neural basis of spatial cognition. Neurosci Biobehav Rev 2012;36:1179-87.
23. Petro LS, Smith FW, Schyns PG, Muckli L. Decoding face categories in diagnostic subregions of primary visual cortex. Eur J Neurosci 2013;37:1130-9.
24. Halelamien N, Wu D-A, Shimojo S. TMS induces detail-rich "instant replays" of natural images. J Vision 2007;7:276a.
25. Liao HI, Wu DA, Halelamien N, Shimojo S. Cortical stimulation consolidates and reactivates visual experience: neural plasticity from magnetic entrainment of visual activity. Sci Rep 2013;3:2228.
26. Herbert MR, Ziegler DA, Deutsch CK, O'Brien LM, Kennedy DN, Filipek PA, et. al. Brain asymmetries in autism and developmental language disorder: a nested whole-brain analysis. Brain 2005;128(Pt 1):213-26.
27. Murray AL. Can the existence of highly accessible representations concrete representations explain savant skills? Some insights from synaesthesia. Med Hypotheses 2010;74:1006-12.
28. Grobecker B, De Lisi R. An investigation of spatial-geometrical understanding in students with learning disabilities. LDQ 2000;23:7-22.
29. Seethaler PM, Fuchs LS. The cognitive correlates of computational estimation skill among third-grade students. Learn Disabil Res Pract 2006;21:233-43.
30. Frank MC, Barner D. Representing exact number visually using mental abacus. J Exp Psychol Gen 2012;141:134-49.
31. Valko M, Leibfritz D, Moncol J, Cronin MT, Mazur M, Telser J. Free radicals and antioxidants in normal physiological functions and human disease. Int J Biochem Cell Biol 2007;39:44-84.
32. Kishida KT, Klann E. Sources and targets of reactive oxygen species in synaptic plasticity and memory. Antioxid Redox Signal 2007;9:233-44.
33. Massaad CA, Klann E. Reactive oxygen species in the regulation of synaptic plasticity and memory. Antioxid Redox Signal 2011;14:2013-54.
34. Bókkon I. Recognition of functional roles of free radicals. Curr Neuropharmacol 2012;10:287-8.
35. Matsumoto Y, Hirashima D, Terao K, Mizunami M. Roles of NO signaling in long-term memory formation in visual learning in an insect. PLoS One 2013;8(7): e68538.
36. Isojima Y, Isoshima T, Nagai K, Kikuchi K, Nakagawa H. Ultraweak biochemiluminescence detected from rat hippocampal slices. NeuroReport 1995;6:658-60.
37. Kobayashi M, Takeda M, Sato T, Yamazaki Y, Kaneko K, Ito K, et. al. In vivo imaging of spontaneous ultraweak photon emission from a rat’s brain correlated with cerebral energy metabolism and oxidative stress. Neurosci Res 1999;34:103-13.
38. Wang C, Bókkon I, Dai J, Antal I. Spontaneous and visible light-induced ultraweak photon emission from rat eyes. Brain Res 2011;1369:1-9.
39. Tang R, Dai J. Biophoton signal transmission and processing in the brain. J Photochem Photobiol B 2014;139:71-5.
40. Tang R, Dai J. Spatiotemporal imaging of glutamate-induced biophotonic activities and transmission in neural circuits. PLoS One 2014;9(1):e85643.
41. Sun Y, Wang Ch, Dai J. Biophotons as neural communication signals demonstrated by in situ biophoton autography. Photochem Photobiol 2010;9:315-22.
42. Girouard H, Wang G, Gallo EF, Anrather J, Zhou P, Pickel VM, Iadecola C. NMDA receptor activation increases free radical production through nitric oxide and NOX2. J Neurosci 2009;29:2545-52.
43. Thar R, Kühl M. Propagation of electromagnetic radiation in mitochondria? J Theor Biol 2004;230:261-70.
44. Blake T, Dotta BT, Buckner CA, Cameron D, Lafrenie RM, Persinger MA. Biophoton emissions from cell cultures: biochemical evidence for the plasma membrane as the primary source. Gen Physiol Biophys 2011;30:301-9.
45. Bókkon I, Salari V, Tuszynski J. Emergence of intrinsic representations of images by feedforward and feedback processes and bioluminescent photons in early retinotopic areas (Toward biophysical homunculus by an iterative model). J Integr Neurosci 2011;10:47-64.
46. Hubel DH, Wiesel TN. Functional architecture of macaque monkey visual cortex. Proc R Soc Lond B Biol Sci 1977;198:1-59.
47. Economides JR, Sincich LC, Adams DL, Horton JC. Orientation tuning of cytochrome oxidase patches in macaque primary visual cortex. Nat Neurosci 2011;14: 1574-80.
48. Feng J, Fouse S, Fan G. Epigenetic regulation of neural gene expression and neuronal function. Pediatr Res 2007;61:58R–63R.
49. Lubin FD. Epigenetic gene regulation in the adult mammalian brain: multiple roles in memory formation. Neurobiol Learn Mem 2011;96:68-78.
50. Jarome TJ, Lubin FD. Epigenetic mechanisms of memory formation and reconsolidation. Neurobiol Learn Mem 2014;115:116-27
51. Gardner JL, Merriam EP, Movshon JA, Heeger DJ. Maps of visual space in human occipital cortex are retinotopic, not spatiotopic. J Neurosci 2008;28:3988-99.
52. Slotnick SD. Synchronous retinotopic frontal-temporal activity during long-term memory for spatial location. Brain Res 2010;1330:89-100.
53. Bókkon I. Phosphene phenomenon: a new concept. BioSystems 2008;92:168-74.
54. Brindley GS, Lewin WS. The sensations produced by electrical stimulation of the visual cortex. J Physiol 1968;196:479-93.
55. Merabet LB, Theoret H, Pascual-Leone A. Transcranial magnetic stimulation as an investigative tool in the study of visual function. Optom Vis Sci 2003;80:356-68.
56. Bressloff PC, Cowan JD, Golubitsky M, Thomas PJ, Wiener MC. What geometric visual hallucinations tell us about the visual cortex. Neural Comput 2002;14:473-91.
57. Renzi C, Vecchi T, D' Angelo E, Silvanto J, Cattaneo Z. Phosphene induction by cerebellar transcranial magnetic stimulation. Clin Neurophysiol 2014;125:2132-3.
58. Sparing R, Mottaghy FM, Ganis G, Thompson WL, Töpper R, Kosslyn SM, et al. Visual cortex excitability increases during visual mental imagery--a TMS study in healthy human subjects. Brain Res 2002;938:92-7.
59. Ashtari M, Cyckowski L, Yazdi A, Viands A, Marshall K, Bókkon I, et al. FMRI of retina-originated phosphenes experienced by patients with leber congenital amaurosis. PLoS One 2014;9: e86068.
60. Burke W. The neural basis of Charles Bonnet hallucinations: a hypothesis. J Neurol Neurosurg Psychiatry 2002;73:535-41.
61. Taylor PC, Walsh V, Eimer M. The neural signature of phosphene perception. Hum Brain Mapp 2010;31:1408-17.
62. Hochstein S, Ahissar M. View from the top: hierarchies and reverse hierarchies in the visual system. Neuron 2002;36:791-804.
63. Catalá A. An overview of lipid peroxidation with emphasis in outer segments of photoreceptors and the chemiluminescence assay. Int J Biochem Cell Biol 2006;38:1482-95.
64. Narici L, Paci M, Brunetti V, Rinaldi A, Sannita WG, Carozzo S, Demartino A. Bovine rod rhodopsin: 2. Bleaching in vitro upon (12)C ions irradiation as source of effects as light flash for patients and for humans in space. Int J Radiat Biol 2013;89:765-9.
65. Dotta BT, Saroka KS, Persinger M.A. Increased photon emission from the head while imagining light in the dark is correlated with changes in electroencephalographic power: Support for Bókkon's Biophoton Hypothesis. Neurosci Lett 2012;513:151-4.
66. Van Wijk EP, Ackerman J, Van Wijk R. Effect of meditation on ultraweak photon emission from hands and forehead. Forsch Komplementarmed Klass Naturheilkd 2005;12:107-12.
67. Kim DH, Moon YS, Kim HS, Jung JS, Park HM, Suh HW, Kim YH, Song DK. Effect of Zen Meditation on serum nitric oxide activity and lipid peroxidation. Prog Neuropsychopharmacol Biol Psychiatry 2005;29:327-31.
68. Hobson JA. REM sleep and dreaming: towards a theory of protoconsciousness. Nat Rev Neurosci 2009;10: 803-13.