Funkčné princípy mozgu

Analogicky molekulovému prostrediu pre organický život je mozog prostredím pre život mémbiontov. Pre pochopenie toho ako je vôbec možmé, že sú mémbionty živé, je potrebné sa pozrieť na mozog z iného pohľadu, ako býva zvykom, pričom sa nesmie opustiť pôda vedeckej evidencie behaviorálnych a neurovedných disciplín. Výsledky ich výskumov zhrniem do niekoľkých princípov, ktoré sú dôležité pre živosť mémbiontov.

Princíp reaktivity

Mozog je reaktívny. Účelom mozgu je vybrať na podnet z prostredia takú reakciu, ktorá plní evolúciou daný význam pre organizmus. Námietkou k tomuto tvrdeniu zvyčajne býva, že mozog pracuje aj vnútri seba bez reakcie na vonkajší podnet. Tzv. defaultna sieť, ktorá sa v mozgu vytvorí vždy, keď rozmýšľame. Lenže aj v tomto prípade mozog pracuje reaktívne, iba podnety nepochádzajú z vonkajšieho prostredia, ale z nahromadenej skúsenosti.

Význam princípu reaktivity je v tom, že vylučuje antropocentrický koncept kreativity mozgu. Mozog v sebe skutočnosť nevytvára, iba ju darwinisticky v malých evolučných krokoch transformuje. Mozog vždy iba reaguje na podnety z prostredia. Úspešné reakcie si zapamätá. Zo zapamätaných reakcií vytvára komplexnejšie reakcie a tie (ak sú úspešné) si rovnako zapamätá. Atď v narastajúcej komplexnosti reakcií.

Pre mémológiu má tento princíp význam vysvetlenia, ako vôbec môže prebiehať mémový metabolizmus. Ide vždy o reťaz reakcií, ktoré premieňajú štruktúru mémov.

Princíp excitácie a inhibície

Neurónov je veľa typov, ale z hľadiska celkovej funkčnosti ich možno zaradiť do dvoch typov:

• Excitačné, vysielajú do synapsií také neurotranmitery, ktoré zosilňujú reakciu postsynaptického neurónu.
• Inhibičné naopak vysielajú do postsynaptického neurónu neurotransmitery, ktoré oslabujú jeho reakciu
  

Princíp neurálneho darwinizmu

Keď sa vytvára akýkoľvek orgán tela, prvým krokom je namnoženie populácií buniek z kmeňových buniek.. V druhom kroku bunky vzájomnou komunikáciu zistia svoju polohu voči ostatným v populácii, premiestňujú a špecializujú sa. Podobne je to aj s neurónmi. Základnou organizačnou jednotkou mozgu sú populácie neurónov. Z týchto populácií sú potom tvorené ohraničené skupiny v kortexe, alebo jadierka v starších mozgových štruktúrach. 

Obyčajne tie populácie, ktoré vzájomne spolu susedia riešie tie isté úlohy, len každá trocha inak. Napríklad každé receptívne pole v sietnici rovnako inervuje viacero populácií neurónov v primárnom vizuálnom kortexe. Podľa toho aké kontrastné pole z receptívneho poľa v sietnici najintenzívnejšie zo všetkyých dotknutých populácií odpovedá jedna. Môže ísť o časť kontúry v obraze so sklonom 35%. Ostatné odpovedajú tiež ale výrazne slabšie, pretože tie sú nastavené na iný sklon.

Podľa autora koncepcie neurálneho darwinizmu [1] Gerarda Edelmana sa po namnožení populácií neurónov tieto medzi sebou náhodne prepoja. Následne v reakciách na podnety z prostredia sa zistí, ktoré populácie niečo riešia a ktoré sú zbytočné. Zbytočné sa odstránia. Po narodení máme v mozgu asi o 15% viac neurónov ako v treťom roku života. Výsledná funkcia skupiny susediacich populácií je preto dôsledkom tlaku prírodného výberu (reakcie na prostredie). Preto neurálny darwinizmus.

Tento koncept vysvetľuje prečo nie sú reakčné dráhy (mémy) jednoznačné. Ak mém v sebe zahŕňa celú skupinu populácií neurónov, tak môže rôzne metabolizovať tie isté reakčné dráhy podľa celkového kontextu. Veľmi to pripomína polyfunkčnosť mnohých proteínov v molekulovom živote.

Ovšem neurálny darwinizmus má aj ďalšie formy v činnosti mozgu. V princípe sa dá povedat, že v každej oblasti mozgu súčasne súťažia všetky metabolické reťazce, čo sa na snímkach fMRI prejavuje rôznou intenzitou zobrazenia v každej oblasti mozgu. Výsledná intenzita závisí od celej siete metabolických reakcií. Z pohľadu prebiehajúcich reakcií vzájomne súťažia mnohé a na výslednej reakcii sa zúčastnia tie, ktoré najlepšie spracúvajú svoje vstupy. 

Neurálny darwinizmus je základom darwinizmu mémového. Mémbionty v mozgu musia súťažiť o zdroje, teda o mémy. Tie, ktoré dokážu využiť zdroje rýchlejšie, či efektívnejšie vytlačia z mozgu tie menej úspešné.

Princíp globálnej konektivity

Mozog je prepojený:

• na mikroúrovni vnútri jednotlivých populácií neurónov,
• na mezoúrovni vnútri špecializovaných oblastí a
• na makroúrovni medzi špecializovanými oblasťami.

Princíp mozgu zloženého z mozgov

Obyčajne máme za to, že máme jeden mozog, ktorý má viacero anatomických vzájomne previazaných celkov. To je anatomicko-neurologický pohľad na mozog. Je však možný aj funkčný pohľad. Počas evolúcie od najstarších čias po dnes mozog postupne získaval ďalšie a ďalšie funkcie. Samozrejme darwinisticky, mutáciu za mutáciou, transformáciou toho, čo bolo nejako funkčné do novej funkcionality, pričom sa väčšinou zachovala aj pôvodná.

Ako to prebiehalo? Neuróny sú bunky a tie neviedia urobiť inak telesnú zmenu, ako že sa namnožia. Mutácia spôsobí, že v nejakom mieste mozgu sa namnoží určitá populácia neurónov viac, Vznikne viac populácií atď. Dotknutý jedinec niečo dokáže robiť lepšie, napríklad dokáže viac zvukov opakovane modifikovať (základ reči), čo mu pomôže v párení, alebo počas lovu. Ďalší spôsob ako sa mozog transformuje je ako sa jednotlivé oblasti prepoja. Počas ontogenézy mozgu sa nielen namnožia populácie neurónov, ale aj pomocných buniek, astrocytov a glyónov. Tie vytvárajú niečo ako lešenie, po ktorom sa populácie neurónov sťahujú na svoje cieľové miesta. Cez toto lešenie si súčasne hľadajú cestu axóny neurónov na diaľku ku cieľovým populáciám neurónov, ktoré to riadia pomocou signálnych molekúl. Cez mutácie tohoto procesu sa potom objavuje nová funkcionalita. Axóny sa vedia vetviť, preto môže byť zachovalá stará funkcia a súčasne sa objaviť nová.

Počas vývoja mozgu sa takto postupne na seba vrstvili rôzne funkcionality rozmiestnené v rôznych populáciách neurónov, ktoré prinášali svojím hostiteľom nejakú selekčnú výhodu, pričom sa väčšinou zachovala aj funkcionalita pôvodná.

Základnou funkciou je reflexný oblúk. Podnet vyvolá svalovú reakciu. Tento princíp stelesnený  rebríčkovej nervovej sústave červov nájdeme na mnohých miestach nášho tela, najmä však v mieche. Inervovania svalov do nervových ganglií realizujú základne koordinačné svalové funkcie. Miecha pokračuje až do mozgového kmeňa, ktorý je vlastne prvým uceleným mozgom, ktorý rieši nejaké komplexné úlohy tela, ako je dýchanie, srdcový tep, peristaltika a rôzne základné nepodmienené reflexy. Jedinci, ktorí sa narodia iba s mozgovým kmeňom (anencefália) dokážu žiť pár hodín, dní, veľmi zriedkavo pár rokov. V princípe sú iba regulovaným telom bez zmyslových vstupov, spomienok, myslenia. Mozgový kmeň spolu s mozočkom koordinujúcim zložitú svalovú činnosť tvoria základný, nazvime ho fyziologický mozog.

Za ďalší mozog by sa dali považovať bazálne gangliá, talamus, zmyslové centrá, motorické oblasti kortexu plus asociačné oblasti kortexu a hippocampus. Hovorím to s rizikom, že so mnou nebudú súhlasiť neurovedci. Tento mozog, nazvime ho základný mozog, integruje zmyslové skúsenosti s motorickými reakciami. K nim priraďuje hodnotu spokojnosti, alebo nespokojnosti, založenú na regulovaní dopamínom, tzv reward system. 

Základný mozog spája prostredie s telom hromadením reakcií vo forme integrovaných skúseností. Pomáha nám v základnej orientácii vo svete. Spracovanie zmyslových podnetov, výber vhodnej reakcie v podobe svalovej koordinácie. Spojenie zmyslovej skúsenosti s hlavne telesným významom pre organizmus.

Ďalší mozog je tvorený viacerými kortikálnymi, subkortikálnymi a diencafalickými oblasťami. Často sa nazýva limbický systém, hoci sú spory, čo do neho patrí a čo nie. Podstatné však je, že hlavnou funkciou tohoto mozgu je priraďovať hodnotu prebiehajúcim reakciám vo fyziologickom a základnom mozgu. Pod hodnotou rozumiem intencionálny význam prebiehajúcej štruktúry reakcie v mozgu. V behaviorálnej a neurovednej interpretácii sa hovorí o emočnej oblasti. 

Pre potreby mémológie budem používať pojem motivačný mozog. Motivácia je to, čomu sa často nesprávne hovorí psychická energia. Je to vôľa konať. Motivácia je zdedená intencionalita po predkoch. Je motorom nášho správania. Každá aktivita potrebuje najprv svoju motiváciu: Súčasťou intencionality mémbiontov je samozrejme potreba aby ich mozog udržiaval pri živote a rozmnožoval. Mémy motivačného mozgu sú preto nevyhnutnou súčasťou každého mémbionta.

Ďalší mozog je tvorený hlavne štruktúrami v prefrontálnom kortexe (PFC). Prefrontálny kortex je akoby najvyššie umiestnený v hierarchii všetkých ostatných oblastí mozgu. Preto sa mu zvyčajne prisudzuje úloha navyšších plánovacích a kognitívnych funkcií. PFC je bohato prepojená so všetkými mozgami. Napríklad inhibuje prehnané reakcie motivačného mozgu, alebo reguluje inštinktívne reakcie základného mozgu.

1. Edelman, G. M. (1987). Neural Darwinism: Theory of neuronal group selection. Basic Books.

Substrát

V kapitole Mém ako substancia druhej formy života som zadefinoval substrát ako vrodenú štruktúru mémov. Substrát tiež môžeme chápať ako sadu vrodených nástrojov, ktorými mozog uchopuje prostredie. Túto myšlienku rozviniem ďalej.

Pojem substrátu mení pohľad na mozog. Substrát pozostáva z množstva vrodených mémových metabolických dráh a sietí, ktorých účel je plniť životné funkcie organizmu. Substrát je preto funkčný uzol medzi organickým a mémovým životom. Účelnosť organického života je využívaná pre účelnosť mémového života. Identifikovať časti substrátu značí rozoznať základné metabolické procesy, z ktorých sú tvorení mémbionti, podobne ako je tomu v bunkách, ktoré sú tiež zložené z metabolických sietí. Skúsme ich identifikovať podľa účelu, ktorý plnia pre sapienta a pre mémbionty. Tento prehľad si nekladie za cieľ úplný výčet častí substrátu, pretože téma vyžaduje intenzívny výskum. Podobný ako prebehol a stále prebieha vo výskume druhov proteínov v organickom svete.

Senzorické mémy

Senzormi organizmus reaguje na fyzické signály z prostredia. Tie už v receptoroch mení z fyzikality na reaktivitu. Tu prebieha prvá metabolická zmena z fyzikálnej informácie na mém, teda usporiadaný reakčný tok. Senzorické podnety majú podobný význam pre sapienta a pre mémbiontov. Pre sapienta ide o získanie dôležitých informácií o prostredí, na základe ktorých získava zdroje a rozmnožuje sa.

Pokiaľ už mémbiont v mozgu žije, tok senzorických vnemov udržuje jeho štruktúru [1]. Senzorické mémy majú podobnú funkciu ako receptory na povrchu buniek transportujúce látky dnu do bunky.

Ak mémbiont ešte v mozgu zatiaľ neexistuje, tak sa pomocou senzorických mémov zreplikuje. Rozmnožovacia funkcia senzorických mémov tkvie v tom, že rozložia senzoricky vnímaný vnem morfu na jeho zakódovanú informáciu o tom ako z morfu postaviť mémbionta. Analógom sú v organickom svete transkripčné faktory a enzým RNA polymeráza, ktoré zabezpečia vyhľadanie génu v DNA a jeho preklad do mRNA.

Motorické mémy

Každá reakcia organizmu končí svalovou činnosťou. Vždy ide o koordinovanú činnosť nejakej skupiny svalov. Koordinácia je motorický mém. Motorickým mémom je úchop, pohyb končatiny či prstov, hlavy, tela, očí, ale aj hlasiviek koordinovaných s ústnou dutinou do formovania fonému.

Motorika je komplexná sieť mémov rozprestretá od svalových ganglií cez gangliá v mieche, cez mozgový kmeň, malý mozog až po motorickú oblasť kortexu. Mémy motorickej oblasti kortexu určujú hierarchicky najvyššiu úroveň koordinácie, určujú ciele koordinácie. Napríklad chyť kladivo, alebo vokalizuj fonému bé. Preto sú najdôležitejšou časťou mémbiontov.

Kým pre sapienta sú motorické mémy prostriedkom ako pôsobiť na prostredie vo svoj prospech, pre mémbionty sú nástrojom na tvorbu morfov, pomocou ktorých sa dokážu replikovať.

Syntetické mémy

Senzorické mémy sa spájajú do situačných skúseností. Napríklad určitý zvuk s určitým obrazom značí nejaký typ objektu fyzikálneho sveta. Syntézu rôznych reťazcov mémov do sieťovej reakcie zabezpečujú syntetické mémy. Obecne sú koncentrované hlavne v hippocampe a mozočku, ale v rôznej miere sú prítomné aj v kortexe a neokortexe.

Pre sapienta majú syntetické mémy význam pamäte udalostí, význam usporiadania podnetov z prostredia do kategórií, podľa ktorých sa dá v prostredí orientovať. Pre mémbionty majú zásadnú úlohu v tvorbe ich vnútornej organizovanosti, pretože vytvárajú siete metabolických reakcií podobne ako enzýmy v organických bunkách.

Motivačné mémy

Hlavným účelom mozgu je zabezpečiť sapientovi prežitie a rozmnoženie do čo najviac potomkov. K tomu musí mať vrodené životné ciele v podobe reakčných štruktúr, mémov. Napríklad mozog musí vedieť rozoznať, ktorý partner je vhodnejší k pohlavnému výberu, aké je miesto v hierarchii tlupy, atď. Taktiež musí mať účelové správanie na dosiahnutie vrodených cieľov. Musí mať motiváciu.

Motivácia je spojenie vrodených cieľov s rozoznaním súčasnej situácie v prostredí. Mémy, ktoré reprezentujú vrodené ciele a realizačné mémy nazývam motivačnými mémami. Bližšie priblíženie problematiky vrodených motivácií poskytuje vedný odbor Evolučná psychológia [2].

Jadrom systému motivačných mémov v substráte je limbický systém mozgu, thalamus a hypothalamus. Pravdepodobne však budú zapojené aj nejaké oblasti prefrontálneho kortexu. V zásade platí, že každá skúsenosť syntetizovaná syntetickými mémami obsahuje aj hodnotovú väzbu na motivačné mémy.

Význam motivačných mémov je zrejmý. Na čo však slúžia mémbiontom? Ako všetky živé tvory, aj mémbionty potrebujú usmerňovať energetické toky vo svoj prospech. Mozog sapienta musí byť ochotný investovať svoje zdroje do ich rozmnoženia a do ich života. Mémbionty využívajú vrodené motivačné mémy podobne ako bunky molekuly ATP, teda ako zdroj energie pre vlastné životné pochody. Neskôr v kapitole o domestikačnom transfere uvidíme, že presmerovanie motivácií z pôvodného účelu pre sapienta na účel pre mémbionta je hlavným vývojovým trendom v mémosfére.

1. Podľa Hebbianovej teórie, ak z predsynaptického neurónu neprechádzajú signály na postsynaptický neurón, tak ten prestane udržovať synapsiu. Je v životnom záujme mémbiontov, aby do nich neustále prúdili rovnaké mémy, aké ich vytvorili pri replikácii.
2. Napríklad v knihe Barrett, L., Dunbar, R., & Lycett, J. (2007). Evoluční psychologie člověka. Portal s.r.o. Praha. alebo Buss, D. M. (2005). Handbook of Evolutionary Psychology. American Journal of Human Biology, 39(November), 1–28.

Entosystém

Každý život transformuje zdroje, z ktorých pozostáva, do vlastnej formy. Molekulový život pozostáva z molekúl, preto pre udržanie jeho integrity, intencionálnu funkčnosť a sebareplikáciu musí získavať z prostredia molekuly. Mémový život pozostáva zo zmien reakčných tokov v mozgu, ktoré nazývam mémami, preto musí získavať mémy zo svojho prostredia, tvoreného substrátom a inými mémbiontami. Mém je zmena reakčného toku, preto ide o metabolickú zmenu. Každý mémbiont je tvorený mnohorozmernou sieťou metabolických zmien, teda mémov.

Z bohatosti konektómu mozgu vyplýva, že každý mémbiont je neustále ponorený do množstva mémov, ktoré pochádzajú buď zo substrátu, alebo ako produkty metabolizmu iných mémbiontov. Na jednoduchom príklade na obr. 1 si ilustrujme niektoré podstatné aspekty života mémbiontov.

Obrázok 1. Model mémbionta

V našom kultúrnom ekosystéme patrí k slušnému správaniu pozdrav „dobrý deň.“ Nie je to správanie, ktoré by nám bolo vrodené, preto ho musíme od malička učiť svojich potomkov. Ide o replikované správanie, je to evolučne veľmi úspešný mémbiont. Na obrázku je znázornený amorfným tvarom, v ktorom je nakreslená metabolická sieť mémov pomocou ktorej si udržuje svoju integritu. 

Do mémbionta pozdravu vstupujú rôzne mémy zo substrátu (znázornené čiarkovanou šipkou), najmä však motivačný mém sociálnej integrácie v tlupe. Je znázornený siluetou dvoch šimpanzov, ako si v srsti vyhľadávajú parazity. Toto vrodené správanie u opíc slúži na vytváranie a udržovanie sociálnych vzťahov. Pozdrav „dobrý deň“ je zrejme domestikačným transferom tejto vrodenosti (viď kapitolu Domestikačný transfer).

Pozdrav „dobrý deň“ je zložený z dvoch slov: dobrý a deň. Každé slovo je samostatný elementárny mémbiont. Vie si udržať svoju stabilitu, má teda vlastnú intencionalitu. Metamorfuje vstupné reakčné toky zo sluchovej oblasti (zobrazené ako ucho), vytvára svoje kópie cez zvukové morfy pomocou svalovej činnosti vokalizačných mémov v substráte (zobrazené ako hovoriaca hlava). Má teda všetky tri podstané atribúty života. 

Keby bol mémbiont slova iba o tom, aby replikoval sebevlastnú štruktúru zvukových mémov, tak by mal menej šancí na prežitie. Mozog by ho neustále dookola replikoval, čo by úplne znefunkčnilo sapienta. Preto je každý mémbiont slova pasívne čakajúci na replikačný povel od iných mémbiontov. Tento povel je zmena reakčného toku v mozgu, čiže mém. Mémbiont slova potrebuje mém od iných mémbiontov rovnako ako molekulový živočích molekulové časti tiel iných organizmov. Prijíma potravu. Na obrázku je to znázorné šípkou od mémbionta pozdravu do mémbiontov slov dobrý a deň. Mémbiont slova taktiež potrebuje zvukové senzorické mémy zo substrátu, ktoré zodpovedajú jeho vnútornej štruktúre a tým ho obnovujú, udržujú pri živote. Plnia funkciu potravy, podobne ako v organickom svete.

Mémbiont pozdravu využíva mémbionty slov  dobrý a deň v mutuálnej symbióze (znázorené obojstrannou šipkou medzi mémbiontami slov a mémbiontom pozdravu). Z jeho pohľadu sú potravou, pretože sú mémami, ktoré sú znakmi Umweltu, ktorý má v jeho Innenwelte kľúčový význam (viď. kapitolu Model symbiózy). Rovnko sú však efektorom, cez ktorý si môžu vytvoriť svoje morfy. Mémbionty slov zakódujú do morfu pozdravu celú štruktúru mémbionta pozdravu, súčasne tým zreplikujú aj seba.

Pokiaľ hovoríme o symbiózach organizmov nevyhnutne hovoríme o ich ekosystéme. Vo svete mémového života bude užitočné rozlišovať dve formy ekoosystémov: v mozgu (entosystém) a medzi mozgami (exosystém). Táto kapitola je venovaná entosystému.

Entosystém

Systém metabolických vzťahov medzi mémbiontami a substrátom v mozgu sapienta.

Slovo ento-systém je odvodené z gréckeho ἐντός /en-tós/, čo značí vnútri . Zvolil som ho preto, že je to širší pojem ako mozog, pretože zahŕňa aj celý nervový systém a napokon celé telo. Mémbionty sú postavené na konci celej jedinečnej zložitej hierarchie tela od buniek po štruktúry v mozgu. Mémológia má okrem iného aj ambíciu prekonať dichotómiu tela a duše.

V našom príklade môžeme jasne vidieť zvláštnosť života mémbiontov v entosystéme: symbiózy majú viac ako v organickom svete charakter potravy. V organickom svete existujú potravinové reťazce, čo je v podstate tiež forma symbióz. V entosystéme niečo také nepoznáme. Tu poznáme hlavne mutuálne symbiózy. Platí nasledovný entosystémový zákon:

Zákon pozitívnej selekcie symbióz

Čím viac symbióz je schopný mémbiont vytvoriť, tým má väčšiu šancu na replikáciu a prežitie.

Dôsledkom tohoto zákona je, že v entosystéme prebieha skôr spolupráca mémbiontov, ako darwinistická súťaž. Tá začína až pri replikácii mémbionta do iného mozgu, teda v exosystéme.

Ďalším dôsledkom je, že entosystém počas ontogenézy sapienta získava stále viac a viac zložitých symbiotických vzťahov. Tie bránia vstupu nových mémbiontov do mozgu. To je bežne pozorované, sapienti sú vekom stále konzervatívnejší a neschopnejší replikovať nové mémbionty z exosystému.

V kapitole o populačných stratégiách mémbiontov uvidíme, že pokiaľ majú k dispozícii mémbionty malé počty mozgov na replikáciu (napríklad v lovecko-zberačských spoločnostiach) tak zákon pozitívnej selekcie symbióz núti obmedzené množstvo mémbiomntov vytvárať stále komplexnejšie symbiózy, pretože v relatívne stabilnom prostredí exosystému nemajú nové mémbionty veľkú šancu na replikáciu. Každá nová skúsenosť nezmení štruktúru egosystému, ale ho doplní vytvorením nových symbióz medzi už existujúcimi mémbiontami. V prostredí lovcov-zberačov je dlhší vek jedinca (ak sa ho dožije) výhodou pre celú tlupu, ale aj pre ekosystém tlupy. Pre tlupu preto, lebo bohatšie skúsenosti umožňujú riešiť viac situácií pri občasných výkyvoch v prostredí. Nie náhodou si vážia starešinov, radu starších a pod. Pre ekosystém tlupy je to výhodné preto, že dlhovekejšie mozgy stabilizujú krátkodobé výkyvy vplyvov prostredi ona exosystém tlupy.