Nadharia za uga wa sumaku-umeme kuhusu fahamu

Uga na mwangwi (resonance)

David Jones alichunguza jinsi mifumo mikubwa ya sumaku-eme kwenye ubongo inavyoweza kuwa ndiyo msingi wa uzoefu wetu. Hoja yake ni kwamba ufanyaji kazi wa neva moja ni muhimu, lakini hautoshi. Kinachojalisha ni ule uga unaotokea pale neva hizo zote zinapofanya kazi kwa pamoja.

Hiyo inahamisha mtazamo kutoka kwenye neva moja kwenda kwenye ule uga mzima. Hii ni muhimu kwa ajili ya "binding," yaani jinsi ubongo unavyounganisha sifa tofauti kuwa uzoefu mmoja uliokamilika.

Tam Hunt na Jonathan Schooler wana nadharia ya mwangwi (resonance theory) ya ufahamu. Wanasema ufahamu hujitokeza popote vitu vinapoyumba kwa mwangwi, iwe kwenye ubongo, kati ya vitu hai, au labda kwenye maada yote. Mwangwi ndio "kifungo" kinachovuta vipande vidogo vya ufahamu na kuvifanya viwe uzoefu mmoja mkubwa.

Hii ni aina ya panpsychism inayotokana na fizikia na si metafizikia. Udhaifu wake ni kwamba neno "mwangwi" ni pana sana kiasi kwamba nadharia hiyo inakuwa ngumu kuthibitisha kama ni ya uongo.

Mawimbi ya ubongo na gamma sync

Mbinu za mawimbi ya ubongo ndiyo kundi kubwa la nadharia zinazounganisha mpangilio fulani wa mawimbi na hali fulani ya akili. Mawimbi ya Alpha (~10 Hz) huenda sambamba na utulivu wa fahamu, gamma (~40 Hz) na umakini mkubwa na binding, na theta na uimarishaji wa kumbukumbu.

Data hapa ni nzito, kwa sababu EEG, MEG, na ECoG zinaendelea kuonyesha mawimbi yanayoendana na ufahamu. Lakini pengo lililopo ni kwamba uwiano (correlation) siyo chanzo (causation). Na wataalamu bado wanabishana kuhusu ni bendi gani iliyo muhimu na kwa nini.

Wolf Singer na Lucia Melloni wanasema usawazishaji wa bendi ya gamma (~30 hadi 70 Hz) kati ya sehemu za ubongo zilizo mbali ndiyo njia tunayopata mtazamo wa ufahamu. Vikundi tofauti vya neva vinapoyumba kwa wakati mmoja, kile wanachozalisha huunganishwa kuwa kitu kimoja unachokitambua. Vikifyatuka bila mpangilio, unakuwa huna ufahamu.

Vipimo vya binding ya kuona vinaunga mkono hili sana. Ukosoaji ni kwamba gamma sync inaweza kuonyesha tu umakini au jinsi ubongo unavyofanya kazi kwa bidii, na si ufahamu wenyewe.

Pockett na McFadden, ufahamu kama uga

Susan Pockett anasema ufahamu kiuhalisia ndio ule mfumo wa uga wa sumaku-eme unaotokana na shughuli za neva. Si matokeo ya pembeni ya kompyuta ya ubongo, ni kitu kilekile chenye maumbo fulani ya uga. Kwa hivyo, baadhi ya mifumo ya EM katika nafasi na muda ndiyo uzoefu wenyewe, na hiyo ni dai zito sana.

Ni rahisi zaidi kuliko epiphenomenalism kwa sababu hakuna pengo la kisababishi, na kimsingi unaweza kuijaribu. Sehemu ngumu ni kusema ni maumbo yapi ya uga yana ufahamu na yapi hayana, bila kupoteza mwelekeo.

Nadharia ya Conscious Electromagnetic Information (CEMI) ya Johnjoe McFadden inasema uga wa EM wa ubongo ndipo taarifa zinapokutana. Kila neva huongeza kitu kwenye uga, na uga huo hurudisha mrejesho na kubadilisha jinsi neva zinavyofyatuka. Kwa hiyo, ufahamu ni taarifa zilizounganishwa ndani ya uga na si ndani ya neva pekee.

Hiyo inatatua tatizo la binding kwa njia safi, kwa sababu uga ni kitu kimoja kwa asili yake. Udhaifu wake ni kwamba hakuna mtu aliye na uhakika bado kama mrejesho kutoka kwenye uga kwenda kwenye neva una nguvu inayohitajika.

Llinás, mzunguko wa thalamus na ephaptic coupling

Rodolfo Llinás anahusisha ufahamu na mizunguko inayoenda kati ya thalamus na cortex, na hasa mawimbi ya gamma ya 40 Hz. Thalamus inayazalisha na yanajirudia kupitia kwenye cortex. Thalamus hufanya kazi kama kifaa cha kurekebisha mapigo (pacemaker), na ufahamu ni mazungumzo yanayoendelea kati ya sehemu hizi mbili.

Ukiivunja mizunguko hii, kwa ganzi (anesthesia), usingizi mzito, au majeraha, ufahamu hupotea. Vipimo vinaunga mkono hili vizuri. Kikomo chake ni kwamba inaangalia zaidi thalamus na cortex na inaweza isiweke uzito wa kutosha kwa sehemu nyingine za ubongo.

Ephaptic coupling inamaanisha neva huongea na nyingine kupitia uga wa umeme wa eneo husika na si kupitia sinapsi. Neva zilizokaa karibu husukumana kupitia uga ulio nje ya seli, bila sinapsi yoyote.

Hiyo ni kanuni na si nadharia kamili ya ufahamu. Lakini ni muhimu, kwa sababu inapa nadharia za uga njia halisi ya kifizikia. Kama athari za ephaptic zina nguvu ya kutosha kusawazisha shughuli katika sehemu kubwa za ubongo, nadharia za uga wa EM zinapata kanuni imara ya kibiolojia.

Binding kwa muda

Andreas Engel na Wolf Singer waliipeleka mbele zaidi nadharia ya temporal binding. Ufahamu unahitaji muda kamili, yaani sync, katika vikundi vya neva vilivyotapakaa ubongoni. Phase-locking katika kiwango cha gamma huunganisha kile ambacho sehemu tofauti za cortex zinafanyia kazi kuwa kitu kimoja unachokijua.

Kazi yao ilianzisha programu nzima ya utafiti kuhusu binding kupitia mawimbi. Mjadala ulio wazi ni kama sync inasababisha ufahamu, inaambatana nao tu, au inatokana nao.

Lewis na MacGregor walijenga modeli za kompyuta za jinsi mitandao ya neva inayoyumba inavyoweza kutengeneza hali moja inayoshikilia ubongo mzima. Kazi yao inaunganisha sayansi ya neva na nadharia ya mifumo ya nguvu (dynamical systems theory). Inaonyesha jinsi mawimbi madogo ya ndani yanavyoungana na kutengeneza mifumo ya ubongo mzima ambayo ni muhimu kwa ufahamu.

Thamani yake ni kwamba inaonyesha utaratibu katika ubongo mzima unaweza kutoka kwenye kanuni za ndani, bila bosi mkuu. Hiyo inaunga mkono nadharia zinazotegemea uga na zile zisizo na kitovu kimoja, dhidi ya modeli za Cartesian theater.

Zhang anaangalia jinsi mienendo ya mawimbi inavyohusiana na jinsi ubongo unavyoshughulikia taarifa na hali za ufahamu. Kwa hivyo mahusiano ya awamu (phase relationships), cross-frequency coupling, na mawimbi yanayotembea. Cross-frequency coupling, kama gamma iliyo ndani ya theta, inaweza kuwa ndiyo njia ya ubongo kupanga taarifa katika matabaka kwa muda.

Hiyo inaongeza muundo kwenye nadharia za uga. Ufahamu siyo tu sync katika masafa moja, ni mizani mingi inayocheza pamoja.

Wanachoshiriki

Kwa hivyo, mbinu za sumaku-eme na mawimbi ya ubongo zinashiriki wazo moja kuu. Ufahamu ni kitu ambacho uga hufanya na si kitu ambacho seli moja hufanya. Matoleo mazito, McFadden na Pockett, yanasema ufahamu ni ule uga wenyewe. Matoleo mepesi yanatumia mawimbi kama vielelezo au kanuni tu.

Upande wa data umekomaa, na alama za mawimbi ya ufahamu zinajulikana vyema. Lakini pengo katika nadharia bado lipo. Kwa nini mifumo hii ya uga na si mingine?