Mekkora részét ismerjük az emberi agynak? Miért zsákutca, több ezer éves koncepciókat ráerőltetni az agy működésére? Mi agyunk valódi funkciója? Mit tanulhat egy agykutató a mesterséges intelligencia kutatástól? Miért jó dolog újabb és újabb zsákutcákba keveredni? A világ egyik legelismertebb agykutatójával, a karrierjét a Pécsi Tudományegyetem Élettani Intézetében kezdő Buzsáki Györggyel beszélgettünk pécsi látogatása alkalmából.
Stemler Miklós írása
Az interjú kezdete előtt azt figyeltem, ahogy anyaintézménye, a pécsi Élettani Intézet oktatóival és kutatóival beszélget, és láthatóan ragályos volt a lelkesedése. Ötven éve foglalkozik kutatással; az ember azt gondolná, hogy ennyi idő alatt a legelszántabb kutatók lelkesedése is csitul valamennyit…
Épp ellenkezőleg: növekszik. A kíváncsiság komoly átok, ha az ember kíváncsi, akkor attól nem tud megszabadulni, hiszen minél kíváncsibbak vagyunk, annál kíváncsibbá tesznek minket a világ dolgai. Újabb és újabb dolgokat fedezünk fel, újabb és újabb kísérletekhez támad kedvünk. Ha pedig mi magunk nem tudjuk csinálni, akkor átadjuk a fiatalabbnak mindezt, és az ő lelkesedésük a miénket is új életre kelti. Ez a legszebb a mi pályánkban.
A tudományos kíváncsiság tehát további kíváncsiságot szül, és az kétségtelen tény, hogy az agy kapcsán még rengeteg mindenre lehetünk kíváncsiak. Néhány évvel ezelőtt a Nobel-díjas agykutatóval, Thomas C. Südhoffal készítettem interjút, aki úgy becsülte, hogy agyunk pár százalékát ismerjük talán, ami még így is nagy előrelépés a fél évszázaddal ezelőtti 0,1 százalékról. Egyetért ezzel a meglátással?
Thomas jó barátom, de úgy vélem, hogy túlságosan optimista: én még ennél is jóval kisebb arányt mondanék. Miközben úgy érezzük, hogy sosem ment még előre ilyen gyorsan a világ az agykutatásban, ez részben „statisztikai torzítás” a kívülállók részére. Helyesebb lenne úgy fogalmazni, hogy ilyen gyorsan még sosem ment előre a listacsinálás.
Kétségtelen tény, hogy jelentős előrelépés történt az olyan dolgok esetében, amelyekhez nem szükséges nagyobb kreativitás, csak pénz és szorgalmas munka. Hányfajta sejt van az agyban; milyenféle kapcsolatok léteznek ezek között; milyen gének találhatóak az agyban, és azok hogyan változnak az alvás és az ébrenlét során; ezeket remekül lehet dokumentálni, úgy érezzük, előreléptünk, és ez valóban haladás. De új koncepciókat, látásmódokat már jóval nehezebb technológiákkal helyettesíteni.
Aránylag könnyű dolog például egy mértékadó tudományos lapban leírni valamit a modern technológia segítségével, aminek az alapötletét már rég leírták valahol máshol. Újat lényegeben nem rakunk hozzá, csak szebben és jobban kifestve ismételjük el a régi eredményeket. Kétségkívül jobb kísérleteket tudunk csinálni, mint Isaac Newton – de ettől még nem leszünk Isaac Newton.
Nyilván rengeteg olyan mindent látunk az agy működéséből, amiről akár csak 30 évvel ezelőtt csupán álmodtunk volna, és például a funkcionális MRI technológia révén valós időben tudjuk követni, hogy mi történik az agyban. Azt azonban jóval kevésbé tudjuk, hogy mi miért történik…
Ráadásul azt látjuk, amit már korábban is tudtunk. Például az emlékezet „otthona” az agyban a hippokampusz. Az érzelmeké az amigdala. Az elhatározásnak és a jövő elképzelésének a prefrontális lebeny áll rendelkezésre – és így tovább. Én ezt a magam részéről dobozolásnak hívom: rengeteg prekoncepciónk van arra, hogy mit is keresünk, és aztán például az fMRI segítségével rátalálunk ezekre. Ám nem tudjuk, hogy valójában mit látunk, mi az összefüggés.
Hogy egy példát hozzak: egy kutatócsoport az emlékezés idegrendszeri struktúráit vizsgálja, és azt, hogy az agy melyik része ad otthont e funkciónak – itt némileg szarkasztikusan fogalmazok, mert az agyban semminek sincs otthona.
Több helyet is találnak. Ezután egy másik csoport az elképzelés területi struktúráit vizsgálja, egy harmadik pedig a tervezést. Mind a három csoport ugyanazokat a területeket találja meg. Azaz három konvencionálisan különállónak tekintett gondolati tevékenység kapcsán az fMRI vizsgálat ugyanarra jut. Már jóval az agykutatás létrejötte előtt meglévő, egészen az ókori filozófusokig visszavezethető koncepciókkal és kategóriákkal dolgozunk az agy leírásakor, bár ezen fogalmak nagy része kitalált dolog.
Egyáltalán nem lehetünk biztosak abban, hogy ezek az elképzeléseinknek megfelelően elkülönülnek egymástól az agyban. Kicsit olyan ez számomra, mintha mindenki tudná, hogy a Föld lapos, és egy kutatás ennek a bebizonyítására irányulna. Azaz mi van akkor, ha ezek a fogalmak – emlékezés, elképzelés, tervezés – nem is valósak az agy működése szempontjából? Az emberi kommunikációban kétségkívül hasznosak, hogy megvitassuk véleményeinket egymással, ám az idegrendszer esetében már kevésbé.
Azaz több ezer éves fogalmakat próbálunk meg ráerőltetni az általunk látott dolgokra…
Igen, ezt tartom én egy kicsit a mi tudományterületünk zsákutcájának. Nemrég írtam egy könyvet erről, amellett érvelve, hogy az agyat belülről kell megismernünk, nem pedig a kívülről ráerőltetett kategóriák révén.
És akkor még nem is említettük a tudat úgynevezett nehéz problémáját, azaz azt az elképzelést, miszerint hiába írjuk le az általunk rendelkezésre álló tudományos eszközökkel az agy fizikális, biológiai működését, hiányzik az a lépés, ahogy ebből megszületik a tudat, a gondolkodás. Mit gondol erről, mennyire „könnyű”, avagy „nehéz” probléma a tudat?
Maximálisan egyetértek ezzel a kérdésfelvetéssel. Engem személy szerint nagyon foglakoztat az idő és a tér, és a lehető legtöbb ilyen témájú fizikai értekezést és könyvet olvasok el. Ezelőtt mintegy húsz évvel ezek szinte mindegyike Istennel zárult, mostanság szinte mindegyik a tudattal. Létezik egy misztikus filozófia, amely szerint a tudat nem az agy terméke, hanem az univerzum maga rendelkezik tudattal, és érdekes módon sok fizikus hisz ebben.
A magam részéről úgy vélem, hogy minden szintnek megvan a megfelelő és megkövetelendő magyarázati szintje. A patella-reflexet, azaz térdreflexet nem kvantumfizikai szinten kell megmagyarázni. Az a Roger Penrose által fémjelzett elképzelés, miszerint a tudatot az agysejtek nyúlványaiban lévő mikrotubulusok rezonanciájával kellene megmagyarázni, teljes nonszensz szerintem, akkor is ha egy saját területén nagy tiszteletet érdemlő tudós elméletéről van szó. Erre persze lehet azt mondani, hogy álljak elő én egy jobb elmélettel, de az a helyzet, hogy szinte bármelyikünk előállhatna egy másik megoldással, az ugyanannyit érne. Egyelőre nincs mérője annak, hogy a tudat területén melyik elmélet jobb vagy rosszabb a másiknál.
A tudat kapcsán számos nehéz probléma akad, és a legnehezebb ezek közül az „érzés”, ahogy azt a szintén a New York-i Egyetemen dolgozó kollégám, David Chalmers megfogalmazta: mit jelent az, hogy érzem valamiről, hogy az zöld, vagy hogy valami fáj?
Én egyébként inkább olyan dolgokon szeretek rágódni, amelyekre van esély, hogy még az én életem során megoldást nyernek, és elodázom a nehéz problémákat, gondolkodjanak mások róluk. Hátha egy megoldhatatlannak tűnő probléma más szemszögből nézve megszűnik annak lenni. Hadd hozzak erre egy példát. A 19. század során volt nagy keletje a vitalizmus elméletének, amely szerint az élő és az élettelen dolgok között alapvető különbség található, és valamiféle „élan vital”, azaz az életszikra szükséges ahhoz, hogy az élettelenből élő dolgok váljanak.
Azt mondták, hogy ezt a nehéz problémát kell megoldani a tudósoknak, hogy tovább tudjunk lépni a világ és magunk megismerésében. Ám ehelyett kialakult a genetika, és a DNS és az élet alapvető mikrobiológiai folyamatainak leírásával tudunk válaszolni erre a kérdésre más szemszögből. Azaz a problémát más oldalról közelítettük meg, és az megszűnt probléma lenni. A vitalitás elméletről ma már alig beszélünk, de egy évszázaddal ezelőtt ez volt a biológia legnagyobb kérdése.
Ma az egyik legnagyobb kérdés a tudat. Talán ez is el fog tűnni, ha más keretrendszerből szemléljük – például abból a szemszögből, hogy az agyat nem a világ megismerésére hozta létre a természet, hanem a tulajdonosa szolgálatára.
És ez lenne az a koncepció, amelyet legutóbbi könyvében fejt ki, miszerint az agy elsődleges funkciója nem a külvilág figyelése, és az onnan érkező információk feldolgozása, hanem konstrukciókat gyárt a külvilágról, és cselekvések segítségével ismeri meg azt.
Így van. A kutatói munka során az ember gyakran zsákutcákba jut, és ezekből keresi a kiutat. Egy fiatal kutató mindig mestere megoldandó problémáit örökli meg, azzal kezd el foglalkozni, azokat tartja fontosnak, és ha a finanszírozó testületek szintén ezeket tartják fontosnak, akkor el lehet boldogulni ezekkel évtizedeken keresztül. Én is így voltam fiatal kutató koromban, mert olyan problémákat vittem tovább, amelyekben előrébb jutottam. Ám eközben gyűlnek a megoldandó kérdések.
Vegyük a látást. Hogyan látunk? Az idegtudomány felfedezett olyan sejteket, amelyek válaszolnak a függőleges vonalra, a vízszintes vonalra és a színekre, kövessük tehát ezt a problémát. Iktassuk ki valamilyen formában a szemmozgást a kísérleti állatnál, hogy tudjuk kontrollálni az általa látottakat, majd írjuk mindezt le. Ám felmerül a kérdés, hogy hány kísérletre lenne szükség ezzel a módszerrel, hogy teljesen le tudjuk írni a látást? Mindez szerintem zsákutca, mert a látás lényege a szemmozgás, a nézőnek kell eldöntenie, hogy a körülötte lévő világ változik, vagy ő hozta létre a változást.
A klasszikus magyarázat szerint a látás révén megismerjük a világot, és el tudjuk különíteni a jó dolgokat a rossztól. Az elkülönítéshez azonban döntés szükséges, és itt felmerül a kérdés, hogy ez a döntés hol történik meg az agyban. A bemenet és a kimenet között eszerint egy általunk ismeretlen terület található, amit több néven is nevezhetünk: szabad akarat, központi processzor, fekete doboz. Teljesen természetesnek vesszük, hogy a döntéshozatal létezik, hiszen folyamatosan döntéseket hozunk, ám idegrendszeri szinten ez már nem ilyen egyszerű.
Azt mondjuk, hogy valamit csináltam, miután eldöntöttem, ám rengeteg kísérlet utal arra, hogy ez nem teljesen így van. Például autót vezetünk, kifut elénk egy őz, mi pedig a fékre lépünk, remélhetőleg megmentve az állatot. Mindezt úgy mondjuk el, hogy megláttuk hogy elénk futott egy őz, ezért fékeztünk, és megúsztuk az elütését, holott mindez nem igaz: bizonyítható módon már az állat felismerése előtt a fékre lépünk.
Azaz a tudatos észlelés előtt már cselekedtünk?
Így van, a döntéshozatal többnyire tudatalatti szinten történt. Tudjuk, hogy mennyi a tudatos észlelés ideje, kb. fél szekundum, és ez már rég késő lett volna a megálláshoz. Vegyünk egy másik példát. Valószínűleg sokakkal megesett már gépelés közben, hogy a szövegszerkesztője valamiért belassul, és hiába nyomja a billentyűket, a szöveg nem akar megjelenni. Ez rendkívül bosszantó, mivel nem a cselekvés által elvárható vizuális visszacsatolást kapunk.
Tegyük fel, hogy mindez állandósul, az általunk gépelt szöveg folyamatosan egy másodperc késéssel jelenik meg. Ezt meg lehet szokni, pár nap leforgása alatt fel sem tűnik. Ám most valaki tudtunkon kívül megjavítja a programot, és újra időben jelennek meg a karakterek. Meglepő módon ennek a hatását úgy érezzük, hogy valaki más gépel helyettünk. Úgy tűnik, hogy a tapasztalt lenyomás előtt a billentyű már lenyomódott. Ez a kísérlet fogós kérdéseket vet fel. Ki a cselekvő fél, ki hozza létre az ént, és hol zajlik a döntéshozatal?
Ha jól sejtem, ezzel függ össze azon koncepciója, amely szerint az agy elsősorban nem reagál, hanem előrejelzéseket készít arról, hogy egy-egy cselekedet milyen hatással, következményekkel jár ránk nézve, mivel a külvilág – többnyire – kiszámítható.
Meggyőződésem, hogy a cselekvés a legfontosabb dolog: anélkül nincs tudat, nincs megismerés, nincs észlelés, nincs semmi. Ez a gondolkodás lényege is, ami az én értelmezésemben egyfajta elidőzött cselekvés. Most épp nem cselekszem, de valamikor az általam elgondoltakból akció lesz. A konvencionális kintről-befelé elképzelés szerint az agyba megérkezik az információ, az eljut valahova, majd kimenet lesz belőle. Ám ha megvizsgáljuk az agyat, akkor mást látunk: a kimenet minden esetben visszacsatolást küld a szenzoros rendszernek, hogy tudjuk, tőlünk származik a világot érő változás.
Ez az egyszerűbb idegrendszerek esetében is így működik: egy szúnyog is meg tudja jósolni, hogy a következő 100-200 milliszekundumban mi fog történni az ő egyszerű környezetében. Akkor van gond, ha a jól működő ökológiai környezet valamiért megváltozik. Minden év szeptember 11. környékén a természetvédők jogos tüntetéseket szerveznek New Yorkban, mert a leomlott tornyok helyét megvilágítják éjszakára. Ez egy nemes gesztus, viszont a lézer fénycsóvák megzavarják a madarakat, akik közül sokan a halálba repülnek, mivel agyuk előrejelzései hibásak a megváltozott környezetben.
Az előrejelzések bonyolultsága viszont növelhető újabb rétegek hozzáadásával, épp úgy, mint egy mesterséges intelligencia mélytanuló rendszerei esetében. Tehát egy fejlettebb idegrendszer, mint például a miénk, hosszabb távú előrejelzésekre képes egy sokkal több változót tartalmazó környezetben. Mindennek pedig akkor is működnie kell, ha kiiktatjuk a külvilágot. Ilyenkor a motoros rendszerünk nem testünkből ad visszajelzéseket, hanem az agy akció rendszere kínál egy rövidrezárt útmutatást az agy többi részének. Ezt úgy is hívhatjuk hogy a cselekvés internalizációja, más szavakkal tervezés, gondolkodás.
Szóba került a mesterséges intelligencia (MI) is, és úgy tudom, hogy ezzel a területtel is foglalkozik. Hogyan látja a mesterséges intelligencia kutatások jelenlegi állását, és miféle kapcsolat létezik a két terület között. Mennyire tud egy agykutató profitálni az MI területén elért eredményekből, illetve mennyire tudnak az MI kutatók profitálni az önök által elért eredményekből?
Erre nehéz egyszerű választ adni. Egyrészt azt fontos látni, hogy az MI kutatók túlnyomó része nem foglalkozik a tudattal kapcsolatos nagy kérdésekkel, hanem praktikus problémákra koncentrálnak. Emellett itt is releváns, amiről az előbb beszéltünk, mégpedig az, hogy előre meglévő koncepciók alakítják elvárásainkat és az általunk látni remélt dolgokat. Képzeljük el, hogy mi lett volna, ha a mesterséges intelligencia helyett a technológia mondjuk a „robot segédprogram” nevet kapja, amiben nem szerepel az intelligencia szó.
A gőzmozdony és a mesterséges intelligencia között meglátásom szerint nincs túl nagy különbség: mind a kettő az ember szolgálatában lévő eszköz, ami kiterjeszti lehetőségeinket. A Neumann-féle számítógép kapcsán nem merül fel a tudat kérdése, és ugyanazon elven működik a mai mélytanuló MI módszerek nagy része is, csakhogy az utóbbiakban annyi számítási lépés zajlik, amit már nem tudunk átlátni, amitől kísértetiesnek tűnik a működése.
Ahogy azt mondtam már, kevés MI-szakértő foglalkozik az agykutatás eredményeivel, de kétségkívül vannak olyanok, akik figyelik, hogy milyen eredményeket tudnának hasznosítani a gépi intelligencia fejlesztése kapcsán, és mi, agykutatók is figyelemmel kísérjük az ő területüket. Amikor rengeteg adatot futtatunk végig újra és újra egy mélytanuló rendszeren, hogy így ismerjenek fel például egy emberi arcot, ez a tanulás merőben más, mint az emberi, ahol akár egy találkozás alatt rögzülhet valaki arca az emlékezetünkben. Az ilyenfajta MI programok jóval inkább a motoros folyamatok betanulását végző kisagyhoz hasonlóak, míg a nagy agyra jellemző epizodikus memória, általánosítás, összehasonlítás területén nagyon rosszul szerepelnek. Az agykutatás praktikus szempontjából nézve a mélytanuló technológiák által létrehozott klasszifikációs rendszerek rendkívül hasznosak az agyból nyert adatok értelmezéséhez, egyszerűsítéséhez.
Beszélgetésünk elején úgy becsülte, hogy az agy apró töredékének működését ismerhetjük, ami alapján elképesztően sok munka áll az agykutatók előtt. Majd azt is mondta, hogy olyan dolgokkal szeret foglalkozni, amelyet még jó eséllyel élete során meg lehet oldani. Itt némi ellentmondást érzek.
Azért nincs ellentmondás, mert én nem az agyat akarom megismerni, hanem annak bizonyos funkcióit. Ilyen kérdés például, hogy az alvásnak milyen hatása van az emlékezésre, miért és hogyan befolyásolja az ébrenlét viselkedésünket, miért visszatérő kórtünet az alvás megváltozása minden pszichiátriai betegségben. Ezek a kérdések fel sem merültek a konvencionális kívülről-befelé megközelítésben, ami magával az alvással sem tud sok mindent kezdeni, hiszen az agyat a külvilágot figyelő, elemző szervként felfogó rendszerben annak nincs szerepe; ezért intézték el azzal azt, hogy az alvás a pihenésre, a rendszer „feltöltésére” szolgál.
A belülről-kifelé megközelítésnek viszont központi eleme egy ilyen, a külvilágtól elzártan létező, önrekreáló folyamat, és ennek az elváltozása okozhat betegségeket, nem pedig fordítva. Nem azért alszunk rosszul, mert depressziósak vagyunk, hanem azért vagyunk depressziósak, mert valami probléma van az alvási folyamatokkal.
Tavaly közöltünk egy cikket egy már jó ideje ismert hippokampális mintázat kapcsán, amelyet magyarul fodrozott hullámoknak hívunk. Ezek révén történik meg a nappal megtanult dolgok konszolidálása alvás közben. Ebből három-négyezer darab van éjszakánként; amennyiben ezeket kiradírozzuk, úgy semmire sem fogunk emlékezni az aznap velünk történtekből. Jó ideje kísérletezünk ezekkel: néhány évvel ezelőtt meghosszabbítottuk ezek időtartamát, amely révén sikerült javítanunk a tanulás hatékonyságát.
Ezek a hullámmintázatok azonban már jóval korábban megjelentek az evolúció során, nem csak a legfejlettebb idegrendszerekre jellemzőek, hanem a jóval kevésbé bonyolult agykéreggel rendelkező hüllőékre is. Mi lehet a funkciója ennek a mintázatnak az ő esetükben? Kiderítettük, hogy ezek a mintázatok hatnak a hipotalamuszban a hasnyálmirigyet beidegző sejtekre, ezek csökkentik a vércukorszintet. Azaz kapcsolatot találtunk az elhízás, emlékezés és az alvászavarok között: az alvási mintázatok felborulása vezet a vércukorszint felborulásához, és ennek következtében az elhízáshoz és a második típusú cukorbetegséghez. Szép példája annak, hogy egy eredetileg egy testet támogató funkció hogyan használható fel valami sokkal összetettebb feladatra mint például az emlékezés.
Ez egyben arra is remek példa, amikor egy elvontnak gondolt kutatás nagyon is gyakorlati eredményeket hoz.
Igen, néha bejön valami. E kutatásnak azért is nagy hatása volt, mert óriási pénzek vannak ezen a területen, hiszen az elhízás és a cukorbetegség világbetegségek. Mások is sejtették már ilyenfajta összefüggések létezését, de most konkrét példát találtunk erre, és fél évvel később egy chicagói kutatócsoportnak sikerült az emberi agy esetében is rátalálnia erre a jelenségre.
Ez tehát egy rendkívül jól elsült, számos későbbi kutatást megalapozó kísérlet volt, de ha jól sejtem, vannak másfajták is. Egy korábbi interjújában kerül elő az a történet, amikor fiatal kutatóként patkányokon kísérletezett a pécsi Élettani Intézetben, ám az ígéretes kísérletet meghiúsította az az apróság, hogy a patkányok nem látják a vörös színt, pedig ez központi jelentőségű lett volna. Ez ma már vicces történet, de annak idején több hónapnyi munkája ment a semmibe...
Ami azt illeti, az ilyen zsákutcák a leggyakoribbak a kutatásban (nevet). Ebben az esetben egyszerű volt a tanulság, ismernünk kellett volna a vonatkozó szakirodalmat. Ezt épp nem ismertem, ami pedig nem volt jellemző rám: az első New York-i előadásom idején akkori házigazdám úgy konferált fel, hogy itt az a magyar, aki ismeri az összes idegtudományos cikket, és ez majdnem igaz is volt. Ma már ez szinte lehetetlen. Az egyébként is visszatérő probléma, ha valami olyasmit fedezünk fel, amit már korábban felfedeztek, elvégre csak egyszer lehet felfedezni valamit, így aztán mindig kérdés, hogy mi számít felfedezésnek, vagy mikor rakunk hozzá valamit a vizsgált kérdéshez.
Nagy az esélye annak, hogy akár egy hónapon belül jövünk ki egy másik kutatócsoport hasonló kutatásainak eredményeivel, és ezt a versenyfutást nem lehet megnyerni. Nincs értelme úgy kutatni, hogy olvastunk valamit, és azt akarjuk továbbvinni, mert arra már mások is gondoltak, és jó eséllyel valaki már csinálja is.
Új utakat kell keresni, aminek persze ára van: nehezebb pénzt szerezni rá, nehezebb lelkes egyetemistákat találni, és a fantasztikus ötlet legtöbbször zsákutcának bizonyul. De a kutatásnak az a lényege, hogy olyan mezsgyén mozogjunk, ahol még nem járt ember, és nem sok nyom látható. Ebben rejlik a dolog szépsége, de ehhez jó szimat se árt, ahogy az a vércukorszintes kutatásunknál be is jött.
A hagyományos megközelítés szerint a tudomány hipotézisek teszteléséről szól. Kialakítunk egy hipotézist, átgondoljuk, elolvassuk a vonatkozó szakirodalmat, majd végrehajtunk egy szuper kísérletet. Mindez mára odáig fajult, hogy nívós lapokban már rengeteg olyan tanulmány jelenik meg, ahol egy hipotézist igazolnak vagy pontosabban elvetnek. Pedig az esetek többségében a tudományos kutatás nem így működik: elindulunk egy úton, valami váratlan dologgal találkozunk, és aztán éles kanyart veszünk, mert az sokkal izgalmasabbnak tűnik, mint a kiindulópontunk. Majdnem minden jó kutatás ilyen: megyünk valamerre, észrevesszük, hogy az a rossz irány, és újrakezdjük.
(Az interjú eredetileg a hvg.hu-n jelent meg.)
Fotók:
Kalmár Lajos