Emilia Zabielska

Interakcje między modalnościami zmysłowymi w percepcji – wybrane aspekty

Tradycyjnie systemy zmysłowe postrzega się jako oddzielne od siebie. Za widzenie odpowiada modalność wzrokowa, za słyszenie – słuchowa i każdej z nich są przypisane nie tylko konkretne analizatory, czy drogi przekazywania informacji, ale także specyficzne obszary mózgu, które na koniec integrują bodźce w spostrzeżenia. Jednak naukowcy zbierają coraz więcej danych, które wskazują na zasadniczą rolę interakcji międzymodalnych (cross-modal interactions) w normalnej percepcji. Badania wskazują, że u osób niewidomych kora wzrokowa może uczestniczyć w przetwarzaniu informacji nie-wzrokowej (Sadato & Yonekura 2002, Sathian & Zangaladze 2002, Lambert et al., 2004), a nawet, że korowe obszary wzrokowe są gruntownie zaangażowane w przetwarzanie pewnych rodzajów informacji dotykowych u osób normalnie widzących (Sathian & Zangaladze, 2002).

W dużym stopniu badanie interakcji między modalnościami zmysłowymi jest możliwe dzięki rozwojowi metod obrazowania pracy mózgu i nowoczesnej elektroencefalografii. Rzucają one nowe światło na problem organizacji percepcji, która nie powinna być rozpatrywana tylko w kategoriach oddzielnych kanałów, pozwalających czuć zapach, smak, dotyk, widzieć czy słyszeć, ale być może też jako zintegrowana całość.

W artykule przedstawione zostaną trzy wybrane aspekty badań nad percepcją międzymodalną (cross-modal perception): (1) problem aktywności w korze wzrokowej podczas rozwiązywania zadań dotykowych (2) oraz podczas śnienia u osób niewidomych, (3) a także zagadnienie roli przetwarzania wzrokowego i percepcji dotykowej w zadaniach wyobrażeniowych.

1. Aktywacja w korze wzrokowej podczas zadań dotykowych

Procesy poznawcze osób niewidomych opierają się głównie na dwóch zjawiskach. Są to kompensacja zmysłów oraz wyobrażenia. Kompensacja zmysłów polega na odbiorze wrażeń przez wszystkie funkcjonujące analizatory zmysłowe oraz procesy korowe wyższej analizy i syntezy, które mają na celu zastąpienie bodźców wzrokowych przez inne. Niewidomi opierają się w największym stopniu na zmyśle dotyku, który jest zmysłem bliskonośnym i dlatego kompensacja jest wspierana także zmysłem dalekonośnym, przede wszystkim słuchem. Zaś brak wrażeń wzrokowych powoduje zwiększenie roli wyobrażeń różnych typów – dotykowych słuchowych i kinestetycznych. Bardzo istotne są tak zwane wyobrażenia surogatowe, czyli zastępcze. Są to substytuty psychiczne treści poglądowych, które ludziom niewidomym nie są dostępne w całości lub częściowo, ale odgrywają ważną rolę w kształtowaniu świata pojęć i wyobrażeń. (Sękowska, 1981). Dlatego często można spotkać niewidomych rozmawiających o tym, że dany przedmiot ma jakiś kolor, albo że kolor im się podoba lub nie (Grzegorzewska, 1955; za: Sękowska, 1981).

Tym samym badania naukowe z udziałem osób niewidomych, szczególnie od urodzenia, dostarczają cennych danych. Pozwalają badać czy procesy wzrokowe są rzeczywiście zaangażowane w pewne funkcje poznawcze, które niejako wydają się od nich przynajmniej częściowo zależne, typu wyobraźnia wzrokowa czy śnienie. Z drugiej strony pojawia się kwestia organizacji mózgu osoby niewidomej, która wprawdzie kompensuje brak wrażeń wzrokowych bodźcami z innych zmysłów, ale jak pracuje część jej mózgu pozbawiona dopływu tych bodźców? Procesy poznawcze osób niewidomych pozwalają poszukiwać interakcji między różnymi modalnościami zmysłowymi.

Czytanie pisma Brailla polega na przetwarzaniu prostych bodźców dotykowych na wzorce, które posiadają znaczenie oraz właściwości leksykalne i semantyczne (Sadato et al. 1998, za: Sadato et al., 2002). Okazuje się, że utracenie tej umiejętności może być wynikiem urazu części potylicznej mózgu lub na przykład po wywołaniu czasowej lezji przy pomocy przezczaszkowej stymulacji magnetycznej (TMS) (Lambert et al., 2004). Dodatkowo, odkryto, że obszary wzrokowe kory są aktywne podczas czytania Brailla u osób niewidomych, nie zaś u osób widzących (Buschel et al. 1998, Sadato et. al 1996, za: Sathian, Zangaladze, 2002). Osoby niewidome od urodzenia przetwarzają bodźce różnego rodzaju takie jak słuchowe, somatosensoryczne i dotykowe, przy udziale wzrokowych obszarów kory (Bertolo et al., 2003).

Podczas zadań dotykowych zidentyfikowano aktywność różnych sieci neuronalnych reprezentujących różne modalności zmysłowe u osób widzących i niewidomych. Ścieżki przetwarzania dotykowego zwykle połączone z drugorzędowym polem somatosensorycznym. U osób niewidomych są jednak przekierowane do brzusznych obszarów potylicznych kory, które są zarezerwowane dla funkcji rozróżniania kształtu wizualnego. (Sadato & Yonekura, 2002).

Uważa się, że są to przejawy reorganizacji mózgu. Osoby niewidome „nie korzystają” z obszarów mózgu powiązanych z percepcją wzrokową, jako że nie odbierają bodźców typu wzrokowego. Zatem aktywność w tych obszarach może świadczyć o plastyczności mózgu, który zagospodarowuje je na potrzeby zmysłów czy umiejętności kompensujących brak wzroku. Podobnie dzieje się w przypadku osób po amputacji kończyn. Stymulacja różnych części twarzy może wywoływać wrażenie dotyku w różnych częściach ręki, która została amputowana (Ramachandran et al., 1992). Jest to tak zwana plastyczność kompensacyjna, która polega na zmianach zachodzących w mózgu po zakończeniu się okresu plastyczności rozwojowej, związanej z dojrzewaniem układu nerwowego. Może powstawać w wyniku urazów mózgu, uszkodzenia siatkówki, po amputacjach, treningu i uczeniu się (Kossut, 2005).

2. Aktywacja w korze wzrokowej podczas śnienia

Pytaniem otwartym pozostaje zawartość snów osób niewidomych od urodzenia. Czy mogą one posiadać wyobrażenia typu wzrokowego? Czy można je przedstawić w sposób graficzny? Bertolo i współpracownicy uważają, że odpowiedź na oba pytania może być twierdząca.

W swoich badaniach analizowali oni zapis EEG w zakresie fal alfa, u osób niewidomych od urodzenia, podczas snu i przyjęli go za wskaźnik wizualnej zawartości snów (Bertolo et al., 2003). Testowali także zdolność do graficznego odtworzenia wywołanych przez sen obrazów.

Według badaczy, sprawozdania osób niewidomych z ich snów były bogate w odniesienia dotykowe, słuchowe i kinestetyczne, ale także miały zawartość wizualną. Nie wykazano istotnych statystycznie różnic w aktywności mózgu w zakresie fal alfa w stosunku do grupy kontrolnej, jaką stanowili normalnie widzący. Osoby niewidome były również w stanie przedstawić graficznie zawartość swoich snów. Żeby zweryfikować ich umiejętności graficzne, przeprowadzono Test Rysunku Postaci Ludzkiej Goodenough i Harris w obu grupach. (Bertolo et al., 2003). Zawartość wizualna snów jest traktowana jako wyraz wyobraźni wzrokowej (Lopes da Silva, 2003).

Wnioskuje się, że wyobraźnia wzrokowa nie zależy od specyficznej percepcji wizualnej, ale może być wywoływana przez aktywację kory wzrokowej przez nie-wzrokowy input (Lopes da Silva 2003). Zdaniem autorów, może to oznaczać, że u osób niewidomych od urodzenia mogą powstawać tzw. wirtualne obrazy (virtual images). Na podstawie informacji z innych modalności zmysłowych integrują oni dane wejściowe przez system wizualny, tak że jest on w stanie wytworzyć pojęcia zawierające reprezentacje graficzne. (Bertolo et al., 2003).

3. Zadania wyobrażeniowe a przetwarzanie wzrokowe i percepcja dotykowa

Kosslyn (1988) zdefiniował wyobrażenia umysłowe jako stany mózgu takie same jak podczas percepcji, ale powstające bez bodźców sensorycznych. Badanie procesów wyobrażeniowych jest niestety bardzo trudne metodologicznie. Do tej pory najlepiej poznaną i opisaną operacją wyobrażeniową jest rotacja.

Ludzie są w stanie stwierdzić, że dwuwymiarowy obraz reprezentuje trójwymiarowy obiekt tego samego kształtu, nawet jeśli oba są przedstawione w różnej orientacji. Zadanie badające rotację wyobrażeniową polega na rozstrzygnięciu czy kształt dwóch trójwymiarowych obiektów jest identyczny jako funkcja kątowej różnicy w przedstawieniu ich orientacji względem siebie. (Shepard & Metzler, 1971).

Ponieważ osoby badane w zadaniach wyobrażeniowych deklarowały rotowanie bodźców, podejrzewano, że w procesie tym ważną rolę odgrywa komponent wizualny. Naukowcy szukają odpowiedzi na pytanie, czy rotacja wyobrażeniowa zależy od modalności wzrokowej, czy polega po prostu na ogólnym, nie-wzrokowym procesie wyobraźni przestrzennej. Badania z udziałem osób niewidomych ujawniły, że przy zadaniach na rotację wykazują one ten sam charakterystyczny wzorzec rosnącego czasu reakcji i ilości błędów jak osoby widzące, co może sugerować, że przetwarzanie wzrokowe nie jest wymagane dla rotacji (Marmor, Zaback, 1976; Carpenter, Eisenberg, 1978; Röder, Rösler, Henninghausen, 1993, 1997; za: Prather & Sathian 2002).

Jednocześnie istnieją przekonujące dowody na to, że rotacja jest zależna od procesów wzrokowych, ponieważ osoby niewidome są często słabsze niż osoby widzące w zadaniach na rotację. Chodzi tu zarówno o gorszy czas reakcji (Röder, Rösler, Henninghausen, 1993; za: Prather & Sathian 2002) jak i o większą ilość błędów (Marmor, Zaback, 1976; Milar, 1976; Röder, Rösler, Henninghausen, 1993; za: Prather & Sathian 2002).

Prather i Sathian (2002) podsumowują te dane następująco – procesy wzrokowe mają wpływ na rotację, jednak nie są dla niej niezbędne. Efektywność rotacji może zależeć od możliwości zaangażowania wyobraźni wzrokowej, a przetwarzanie wzrokowe daje przewagę w rotacji.

Kora potyliczna u osób niewidomych mimo tego, że jest pozbawiona dopływu bodźców wzrokowych, wykazuje aktywność i być może jest funkcjonalnie związana z wyobraźnią dotykową. Byłoby to kolejnym dowodem na plastyczność tej kory. (Uhl et al., 1994). Jeżeli zatem przetwarzanie wzrokowe nie jest niezbędne dla rotacji, a obszary z nim związane mogą brać udział w procesach wyobraźni dotykowej, to być może ma to także znaczenie dla rotacji.

Jednak rozwiązywanie zadań na rotację angażuje nie tylko obszary związane z przetwarzaniem wzrokowym, ale niektóre jej typy także obszary związane z procesami motorycznymi. Wexler, Kosslyn i Berthoz (1998) uważają, że rotacja wyobrażeniowa jest formą niejawnej symulacji rotacji motorycznej, ruchowej. Ich zdaniem, człowiek podczas rotacji zamiast przeprowadzać właściwą rotację obiektu, planuje akcję, ale jej nie przeprowadza, tylko symuluje percepcyjny wynik swojego planu. Badania z neuroobrazowaniem donoszą o aktywacji motorycznych i wzrokowo-motorycznych obszarów w mózgu, a szczególnie tylnej kory ciemieniowej oraz kory motorycznej i premotorycznej. (Wexler, Kosslyn & Berthoz, 1998). Dodatkowo, Wraga i współpracownicy (2003) udowodnili, że istnieje transfer strategii motorycznych do rotacji wyobrażeniowej. Badania te nie dotyczyły jednak bodźców dotykowych, zatem określenie roli procesów motorycznych w rotacji wyobrażeniowej bodźców dotykowych wymagałoby dodatkowych studiów.

4. Wnioski oraz perspektywa badań

Podsumowując, można powiedzieć, że podejście do percepcji uwzględniające interakcje międzymodalne pozwala spojrzeć na jej organizację z nieco innej perspektywy i dać jej pełniejszy obraz. Prawdopodobnie najlepiej poznanym i opisanym systemem zmysłowym jest wzrok, jednak mimo to naukowcy do tej pory mają trudności z odtworzeniem sposobu jego pracy i na przykład budową sztucznego oka. Coraz więcej uwagi poświęca się też zmysłom mniej eksplorowanym, takim jak dotyk. Mówi się nie tylko o świadomości wzrokowej, która stosunkowo łatwo poddaje się badaniom empirycznym (Koch 2008), ale także o świadomości dotykowej (tactile consciousness) (zobacz przegląd: Gallace & Spence, 2008). Choć zatem istnieje możliwość badania zmysłów do tej pory „zaniedbywanych” przez badaczy, dodatkowo naukowcy starają się zrozumieć wpływ różnych systemów zmysłowych na siebie nawzajem.

Międzymodalność próbuje się też odnieść do dwóch rodzajów zjawisk. Pierwsze wiążą się z koncepcjami plastyczności mózgu i reorganizacji jego funkcji. Plastyczność dorosłego mózgu to zjawisko, które długo wywoływało kontrowersje wśród naukowców, gdyż uważano, że po zakończeniu okresu plastyczności rozwojowej właściwości neuronów są stałe i niezmienne, tworząc jakby „hardware” analityczno-percepcyjny mózgu. Jednakże coraz liczniejsze dane empiryczne przełamały ten opór, otwierając drogę do badania interakcji między modalnościami zmysłowymi. (Kossut, 2005).

Drugi rodzaj zjawisk dotyczy wirtualnych obrazów, które powstają w wyniku integracji informacji z różnych systemów zmysłowych. Obecnie to stanowisko jest również przyjmowane raczej sceptycznie. Być może w tym przypadku o wiele trafniejsze byłoby myślenie w kategoriach percepcji przestrzeni. To pojęcie zdaje się lepiej opisywać funkcjonowanie poznawcze osób niewidomych. Obraz świata tworzą oni głównie na podstawie wrażeń słuchowych i dotykowych, a ważną rolę odgrywają w nim też stosunki przestrzenne. Tego typu informacje prawdopodobnie nie tyle tworzą wirtualne obrazy wizualne, co po prostu reprezentację przestrzeni. Osoby niewidome mają umiejętność stereognostycznego ujmowania przedmiotu (Sękowska, 1981), która polega na odtwarzaniu jego całości na podstawie jednego wrażenia. Działa ono jak sygnał wywołujący wrażenie przedmiotu.

Obszarem w którym wciąż toczy się dyskusja jest rola procesów wzrokowych w wyobrażeniach. Można próbować odpowiadać na to pytanie w ramach interakcji międzymodalnych, na przykład na podstawie badań z użyciem bodźców dotykowych. Istotnym problemem wydaje się poszukiwanie funkcjonalnej sieci zaangażowanej w percepcję dotykową, która jest również zaangażowana w zadania wyobrażeniowe. Jej zlokalizowanie udowodniłoby niezależność wyobrażeń od przetwarzania wzrokowego, czy może raczej ich multimodalny charakter.

Podobne zadanie może spełnić badanie roli procesów czy strategii motorycznych w procesach wyobrażeniowych. Jeżeli rotacja jest formą symulacji ruchu, to być może tutaj również możemy mówić o percepcji przestrzeni.
Interakcje między różnymi modalnościami zmysłowymi okazują się być ważną częścią percepcji. Ich rolę pokazały dopiero zaawansowane metody neuroobrazowania oraz nowoczesna elektroencefalografia, które pozwalają ujawnić funkcjonalne połączenia między różnymi obszarami mózgu. Jest to też dobre narzędzie umożliwiające badanie plastyczności mózgu.

Emilia Zabielska
Katolicki Uniwersytet Lubelski Jana Pawła II
Instytut Psychologii, Studenckie Koło Neuronauk
Psychologia

Bibliografia:

Bertolo H., Paiva T., Pessoa L., Mestre T., Marques R., Santos R., (2003). Visual dream content, graphical representation and EEG alpha activity in congenitally blind subjects, Cognitive Brain Research, 15, 277-284.
Gallace A., Spence Ch. (2008). Cognitive and neural correlates of “tactile consciousness”: A multisensory perspective, Consciousness and Cognition, 17, 370-407.
Koch Ch. (2008). Wprowadzenie do badań nad świadomością. [w:] Neurobiologia na tropie świadomości, Wydawnictwa Uniwersytetu Warszawskiego, Warszawa, 15-33.
Kosslyn S.M. (1988). Aspects of a cognitive neuroscience of mental imagery. Science, 240: 1621-1626.
Kossut M. (2005). Neuroplastyczność. [w:] Mózg a zachowanie. Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa, 590-613.
Lambert S., Sampiao E., Mauss Y., Scheiber C., (2004). Blindness and brain plasticity: contribution of mental imagery? An fMRI study, Cognitive Brain Research, 20, 1-11.
Lopes da Silva F.H., (2003). Visual dreams in the congenitally blind? Trends in Cognitive Sciences, vol. 7, No. 8, 228-230.
Prather S.C., Sathian K. (2002). Mental rotation of tactile stimuli, Cognitive Brain Research. 14, 91-98.
Ramachandran V. S., Rogers-Ramachandran D. C., Stewart M., (1992). Perceptual correlates of massive cortical reorganization, Science (no. 258), 1159-1160.
Sadato N., Yonekura Y., (2002). The cortico-cortical circuitry of cross-modal plasticity in the blind, International Congress Series 1226, 159-164.
Sathian K, Zangaladze A., (2002). Feeling with the mind’s eye: contribution of visual cortex to tactile perception, Behavioural Brain Research 135, 127-132.
Sękowska Z. (1981). Procesy poznawcze u uczniów niewidomych. [w:] Tyflopedagogika, Państwowe Wydawnictwo Naukowe, Warszawa, 64-82.
Shepard N., Metzler J. (1971). Mental rotation of three-dimensional objects, Science, 171, 701-703.
Uhl F., Kretschmer T., Lindinger G., Goldenberg G., Lang W., Oder W., Deecke L., (1994). Tactile mantal imagery in sighted persons and in patients suffering from peripheral blindness early in life, Electroencephalography and clinical Neurophysiology, 91, 249-255.
Wexler M., Kosslyn S., Berthoz A., (1998). Motor processes in mental rotation. Cognition, 68, 77-94.
Wraga M., Thompson W.L., Alpert N.M., Kosslyn S., (2003). Implicit transfer of motor strategies in mental rotation, Brain and Cognition 52, 135-143.

Tekst pierwotnie opublikowany w „Poznańskie Forum Kognitywistyczne. Teksty Pokonferencyjne.” Tom 3, Poznań 2009, s. 195 – 201. Przedruk za zgodą redakcji ze strony: Poznańskie Forum Kognitywistyczne. http://pfk.wikidot.com/nasze-wydawnictwa

——————————————————————————————–
Materiał udostępniany na zasadach licencji

Creative Commons 2.5
Uznanie autorstwa-Użycie niekomercyjne
-Na tych samych warunkach 2.5 Polska
——————————————————————————————–