Oprindelsen og naturen af bevidste oplevelser — nogle gange omtalt med det latinske ord qualia — har været en gåde for os siden den tidligste antik til for nylig. Mange bevidsthedsforskere, herunder nutidige, betragter eksistensen af bevidsthed som en så uacceptabel modstrid med det, de mener er verden af materie og tomrum, at de erklærer det for en illusion. Med andre ord benægter de enten eksistensen af qualia i princippet eller påstår, at de ikke kan undersøges meningsfuldt med videnskab.
Hvis denne påstand var sand, ville denne artikel være meget kort. Og der ville ikke være noget under teksten. Men der er faktisk lidt omkring...
Hvis bevidsthed ikke kan forstås ved hjælp af videnskabelige værktøjer, ville det blot være nødvendigt at forklare, hvorfor du, jeg og næsten alle andre er så overbeviste om, at vi overhovedet har følelser. Men en syg tand forårsagede en betændelse. Et sofistikeret argument for at overbevise om, at min smerte er illusorisk, vil ikke på nogen måde befri mig fra denne kval. Jeg har ikke sympati for en sådan blindgyde i forståelsen af forbindelsen mellem sjæl og legeme, så jeg vil nok fortsætte.
Bevidsthed er alt, hvad du føler (baseret på information fra dine sanseorganer), og derefter oplever (gennem opfattelse og forståelse).
En melodi, der sidder fast i hovedet, smagen af en chokolade dessert, en gennemborende tandpine, kærlighed til et barn, abstrakt tænkning og forståelsen af, at alle sanseoplevelser en dag vil ende.
Forskere nærmer sig gradvist løsningen på en gåde, der i lang tid har optaget filosoffer. Og kulminationen af disse videnskabelige undersøgelser forventes at være — en struktureret arbejds teori om bevidsthed. Det mest fremtrædende eksempel på anvendelse af denne teori er en fuldgyldig AI (det udelukker ikke muligheden for, at AI kan opstå uden en bevidsthedsteori, men baseret på allerede eksisterende empiriske tilgange i udviklingen af AI)
De fleste forskere accepterer bevidsthed som en kendsgerning og stræber efter at forstå dens forbindelse til den objektive verden, som videnskaben beskriver. For et kvart århundrede siden besluttede Francis Crick og andre at lægge de filosofiske diskussioner om bevidsthed til side (som har optaget de videnskabelige mænd i det mindste siden Aristoteles) og i stedet tage ud på jagt efter dens fysiske spor.
Hvad er det i den ekstremt excitabel del af hjernevævet, der frembringer bevidsthed? Hvis forskerne finder svaret, kan de håbe på at komme tættere på at løse et mere fundamentalt problem.
Specifikt leder neurobiologer efter neuronale korrelater af bevidsthed (NKB) — de mindste neuronale mekanismer, der samlet set er tilstrækkelige til en bestemt bevidst oplevelse i sanserne.
Hvad skal der ske i hjernen, for at du f.eks. kan opleve tandpine? Skal nogle nerveceller vibrere med en eller anden magisk frekvens? Skal nogle særlige 'bevidstheds-neuroner' aktiveres? Hvor i hjernen kunne sådanne celler være placeret?
Neuronale korrelater af bevidsthed
I definitionen af NKB er forbeholdet 'minimal' vigtigt. For hjernen som helhed kan betragtes som NKB — den frembringer sanser dag for dag. Alligevel kan man angive placeringen endnu mere præcist. Lad os tage rygmarven — en 46-centimeter lang fleksibel nervestreng inde i rygsøjlen, som indeholder omkring en milliard nerve celler. Hvis rygmarven er helt beskadiget op til nakken som følge af en skade, vil den ramte person få lammelser i ben, arme og krop, ikke være i stand til at kontrollere tarmen eller blæren og være uden kropslige fornemmelser. Alligevel fortsætter disse lammede mennesker med at opleve livet i al dets mangfoldighed: de ser, hører, lugter, oplever følelser, og husker ligeså godt som før den tragiske hændelse ændrede deres liv fundamentalt.
Eller vi kan tage cerebellum — 'lille hjerne' i den bageste del af hjernen. Dette hjerneområde, en af de ældste i evolutionær henseende, deltager i kontrol af motorik, kropstilling og gangart, og det er ansvarligt for at udføre komplekse bevægelsessekvenser med finesse.
At spille klaver, at taste på et tastatur, kunstskøjteløb eller klatre — i alle disse aktiviteter er cerebellum involveret. Det er udstyret med de mest berømte neuroner kaldet Purkinje-celler, som har udløbere, der svajer som et koralhav og gemmer på kompleks elektrisk dynamik. Desuden indeholder cerebellum det højeste antal neuroner, omkring 69 milliarder (hovedsageligt er det cerebellære labrocytter i stjernested) — fire gange mere, end hele hjernen tilsammen (husk - det er en vigtig pointe).
Hvad sker der med bevidstheden, hvis en person som følge af et slagtilfælde eller under kniven hos en kirurg delvist mister lillehjernen?
Nærmest ikke noget kritisk for bevidstheden!
Patienter med sådan skade klager over nogle problemer, som for eksempel mindre flydende spil på klaveret eller mindre fingermotorisk dygtighed ved at skrive på tastaturet - men aldrig over en total tab af nogen af aspekterne af deres bevidsthed.
Den mest detaljerede undersøgelse af indflydelsen fra skader på lillehjernen på kognitive funktioner er grundigt undersøgt i konteksten af . Men selv i disse tilfælde, udover de koordinerings- og rumlige problemer (ovenfor), er der kun fastlagt ikke-kritiske forstyrrelser i de eksekutive aspekter af styringen, kendetegnet ved , distraktion og en ubetydelig nedsættelse af indlæringsevnen.
Det omfattende lillehjernens system har ikke noget at gøre med subjektive oplevelser. Hvorfor? En vigtig ledetråd ligger i dens neurale netværk - det er udelukkende ensartet og parallel.
Lillehjernen er praktisk talt fuldstændig en kæde af direkte transmission: en række neuroner nærer den næste, som igen påvirker den tredje. Der er ingen feedback-løkker, der resonnerer frem og tilbage inden for elektrisk aktivitet. Endda er lillehjernen funktionelt opdelt i hundreder, hvis ikke flere, uafhængige beregningsmoduler. Hver af dem arbejder parallelt, med adskilte og ikke-overlappende indgange-udgange, som kontrollerer bevægelser eller forskellige motoriske eller kognitive systemer. De interagerer næsten ikke med hinanden, mens bevidsthed - det er endnu et ufravigeligt kendetegn.
En vigtig lektie, der kan drages fra analysen af rygmarven og lillehjernen, er, at geniet i bevidstheden ikke bare bliver født hvor som helst i nervevævets excitabilitet. Der er nødt til at være noget mere. Denne ekstra faktor findes i det grå stof, der udgør den berygtede hjernebark - dens ydre overflade. Alle tilgængelige data indikerer, at der er involveret væv.
Man kan indsnævre området for bevidsthedens fokus endnu mere. Tag for eksempel eksperimenter, hvor højre og venstre øje udsættes for forskellige stimuli. Forestil dig, at billedet af "Lada Priora" kun er synligt for dit venstre øje, mens billedet af "Tesla S" kun er synligt for det højre. Man kunne antage, at du ville se en ny bil i overlejringerne af Lada og Tesla over hinanden. I virkeligheden vil du i nogle sekunder se Lada, hvorefter den forsvinder, og Tesla dukker op — så forsvinder den, og Lada dukker op igen. De to billeder vil i et uendeligt dans skifte plads med hinanden — forskerne kalder dette binokulært konkurrence, eller netværets rivalisering. Hjernen modtager tvetydig information udefra, og den kan ikke beslutte sig: er det Lada eller Tesla?
Hvis du ligger inde i en tomograf, der registrerer hjernens aktivitet, konkluderer forskerne, at der er aktivitet i et bredt spektrum af kortikale zoner, der samlet kaldes "den bageste varme zone" (posterior hot zone). Det er de parietale, occipitale og temporale områder i den bageste del af hjernebarken, og de spiller en meget vigtig rolle i at spore, hvad vi ser.
Interessant nok gengiver den primære synsnerve, som modtager og transmitterer den information, der kommer fra øjnene, ikke, hvad en person ser. En lignende arbejdsdeling ses også i tilfælde af hørelse og berøring: den primære auditiv og primære somatosensoriske kortikale områder bidrager ikke direkte til indholdet af auditiv og somatosensorisk oplevelse. Bevidst opfattelse (inklusive billederne af Lada og Tesla) genereres i de efterfølgende behandlingsfaser — i den bageste varme zone.
Det viser sig, at visuelle billeder, lyde og andre livserfaringer opstår inden for den bageste hjernebark. Så vidt neurobiologer kan bedømme, begynder næsten alle bevidste oplevelser der.
Bevidsthedstæller
For operationer, for eksempel, udsættes patienterne for bedøvelse, så de ikke bevæger sig, opretholder stabilt blodtryk, ikke føler smerte, og efterfølgende ikke har traumatiske minder. Desværre opnås dette ikke altid: hvert år er hundreder af patienter under påvirkning af anæstesi i varierende grad ved bevidsthed.
En anden kategori af patienter med alvorlig hjerneskade som følge af traumer, infektioner eller svær forgiftning kan i årevis eksistere uden at have evnen til at tale eller reagere på henvendelser. At bevise, at de oplever livet, er en ekstremt vanskelig opgave.
Forestil dig en kosmonaut, der er faret vild i universet, som lytter til kontrolcentrets forsøg på at kontakte ham. Den defekte radio transmitterer ikke hans stemme, hvilket får verden til at anse ham for savnet. Sådan kan den håbløse situation for de patienter, hvis beskadigede hjerner har taget dem væk fra omverdenen, beskrives — en form for ekstrem isolation.
I begyndelsen af 2000'erne anvendte Giulio Tononi fra University of Wisconsin-Madison og Marcello Massimini for første gang en metode kaldet , for at bestemme, om en person er bevidst eller ej.
Forskere placerede en spole med ledninger på hovedet og sendte et elektrisk stød (zap) — en kraftig ladning af magnetisk energi, der forårsagede en kortvarig elektrisk strøm. Dette aktiverede og hæmmede partnertellerne i neuronerne i de tilknyttede områder af kretsen, og bølgerne resonerede hen over hjernebarken, indtil aktiviteten forsvandt.
Et netværk af elektroencefalogram-sensorer fastgjort til hovedet optog de elektriske signaler. Efterhånden som signalerne langsomt spredte sig, blev deres spor, som hver især svarede til et bestemt punkt under kraniet, omdannet til en film.
Optagelserne viste ikke nogen typisk algoritme — men var heller ikke fuldstændig tilfældige.
Interessant nok, jo mere forudsigelige de lysende og falmende rytmer var, desto højere var sandsynligheden for, at hjernen var i en ubevidst tilstand. Forskere målte dette antagelse ved at komprimere videodataene ved hjælp af en algoritme, der bruges til at arkivere computerfiler i ZIP-format. Komprimeringen gav en vurdering af kompleksiteten af hjernens reaktion. Deltagerne, der var bevidste, viste et "kompleksitetsmål for perturbationer" mellem 0,31 og 0,70, hvilket indikerede, at indekset faldt under 0,31, hvis de var i dyb søvn eller under bedøvelse.
Derefter testede holdet zip and zap på 81 patienter, der var i minimum bevidsthed eller umælende (i koma). I den første gruppe, som viste nogle tegn på ikke-refleksiv adfærd, viste metoden korrekt, at 36 ud af 38 var ved bevidsthed. Af 43 patienter i 'grøntsagstilstand', hvor de pårørende ved sengekanten aldrig formåede at etablere kommunikation, blev 34 klassificeret som bevidstløse, mens ni ikke blev det. Deres hjerner reagerede på samme måde som dem, der var ved bevidsthed, hvilket betød, at de også var ved bevidsthed, men ikke i stand til at kommunikere med deres familier.
De nuværende undersøgelser sigter mod at standardisere og forbedre metoden for neurologiske patienter samt at udvide den til patienter i psykiatriske og pædiatriske afdelinger. Over tid vil forskerne identificere et specifikt sæt nerve mekanismer, der skaber oplevelser.
I det store hele har vi brug for en overbevisende videnskabelig teori om bevidsthed, der kan besvare spørgsmålet om, under hvilke betingelser en given fysisk system - hvad enten det er en kompleks kæde af neuroner eller siliciumtransistorer - har oplevelser. Og hvorfor er kvaliteten af oplevelserne forskellig? Hvorfor føles en klar blå himmel anderledes end lyden af en dårligt stemt violin? Har disse forskelle i oplevelser en specifik funktion? Hvis ja, hvilken? Teorien vil gøre det muligt at forudsige, hvilke systemer der vil være i stand til at føle noget. Uden en teori med testbare forudsigelser er enhver slutning om maskiners bevidsthed baseret udelukkende på vores indre intuition, som historien om videnskaben har vist, er noget man skal stole på med forsigtighed.
En af de grundlæggende teorier om bevidsthed er teorien (GWT), fremsat af psykologen Bernard Baars og neurobiologerne Stanislas Dehaene og Jean-Pierre Changeux.
For starters, they claim that when a person is aware of something, access to this information is obtained by numerous different areas of the brain. However, when a person acts unconsciously, the information is localized in a specific sensory-motor system. For example, when you type quickly, you do it automatically. If you were to ask how you do this, you would be unable to answer, as you have limited access to this information, which is localized in the neural pathways connecting the eyes to the quick movements of the fingers.
Global accessibility gives rise to only one stream of consciousness, as if a particular process is available to all other processes, then it is accessible to them all – everything is interconnected. This is how the mechanism of suppressing alternative viewpoints is implemented.
Such a theory well explains various mental disorders, where failures in individual functional centers, associated with patterns of neural activity (or entire regions of the brain), distort the overall stream of 'working space', thereby distorting the picture compared to the 'normal' state (of a healthy person).
On the path to a fundamental theory
The ‘GWT’ theory asserts that consciousness arises from a specific type of information processing: it has been familiar to us since the inception of AI when specialized programs had access to a small public data repository. Any information posted on the 'bulletin board' became accessible to a whole range of auxiliary processes — working memory, language, planning module, facial and object recognition, etc. According to this theory, consciousness emerges when incoming sensory information recorded on the board is transmitted to multiple cognitive systems — and they process the data for speech reproduction, memory storage, or action execution.
Since space on such a bulletin board is limited, at any given moment we can only hold a small amount of information. The network of neurons transmitting these messages is presumably located in the frontal and parietal lobes.
Når disse sparsomme (splittede) data overføres til netværket og bliver offentligt tilgængelige, bliver informationen bevidst. Det vil sige, at subjektet bliver klar over det. Moderne maskiner har endnu ikke nået et sådant niveau af kognitiv kompleksitet, men det er kun et spørgsmål om tid.
Teorien om 'GWT' hævder, at fremtidens computere vil være bevidste.
Den generelle informationsteori om bevidsthed (IIT), udviklet af Tononi og hans kolleger, bruger et helt andet udgangspunkt — selve oplevelserne. Hver oplevelse har sine særlige nøglekarakteristika. Den er immanent, eksisterer kun for subjektet som 'ejer'; den er struktureret (en gul taxa stopper, mens en brun hund løber over gaden); og den er konkret — forskellig fra enhver anden bevidst oplevelse, som et enkelt billede i en film. Derudover er den hel og bestemt. Når du på en varm klar dag sidder på en bænk i parken og ser børn lege, kan de forskellige elementer af oplevelsen — vinden, der blæser gennem dit hår, følelsen af glæde fra børns latter — ikke adskilles fra hinanden uden at oplevelsen ophører med at være det, den er.
Tononi postulerer, at sådanne egenskaber — det vil sige en vis grad af bevidsthed — findes i enhver kompleks og sammenkoblet mekanisme, hvor en række årsags- og virkningsrelationer er indkodet i strukturen. Det vil føles som noget, der kommer indefra.
Men hvis en mekanisme som lillehjernen mangler kompleksitet og sammenkobling, vil den ikke være i stand til at opfatte noget. Ifølge denne teori,
er bevidsthed en iboende tilfældig evne, der er relateret til sådanne komplekse mekanismer som den menneskelige hjerne.
Teorien udleder også et enkelt ikke-negativt tal Φ (udtales “fy”), som kvantitativt udtrykker denne bevidsthed, ud fra kompleksiteten af den indbyrdes forbundne struktur. Hvis Φ er nul, så er systemet slet ikke bevidst. Omvendt, jo højere tallet er, jo mere iboende tilfældig styrke har systemet, og jo mere bevidst er det. En hjerne, der er kendetegnet ved en kolossal og meget specifik sammenkobling, har en meget høj Φ, og dette antyder et højt niveau af bevidsthed. Teorien forklarer forskellige fakta: for eksempel hvorfor cerebellum ikke er involveret i bevidstheden, eller hvorfor en zip og zap tæller virkelig fungerer (de tal, som tælleren viser, er groft sagt Φ).
Teorien 'IIT' forudser, at en avanceret simulering af den menneskelige hjerne baseret på en digital computer ikke kan være bevidst — selvom dens tale ikke kan skelnes fra menneskets. Ligesom en simulering af det enorme gravitationsfelt omkring et sorte hul ikke deformerer rumtidskontinuummet omkring den computer, der anvender koden, programmeret bevidsthed vil aldrig skabe en bevidst computer. Giulio Tononi og Marcello Massimini, tidsskriftet 'Nature' 557, S8-S12 (2018)
Ifølge IIT kan bevidsthed ikke beregnes eller regnes ud: den skal være indbygget i strukturens design.
Hovedopgaven for moderne neurobiologer er at bruge de stadigt mere avancerede værktøjer, de har til rådighed, til at undersøge de uendelige forbindelser mellem forskellige neuroner, der danner hjernen, for yderligere at skitsere de neurale spor af bevidsthed. I betragtning af den forvirrede struktur af CNS vil dette tage årtier. Og til sidst formulere den grundlæggende teori baseret på fragmenter af de eksisterende. En teori, der vil forklare den største gåde ved vores eksistens: hvordan et organ, der vejer 1,36 kg og ligner sojabønnetofu, kan rumme livsbevidsthed.
En af de mest interessante anvendelser af denne nye teori, efter min mening, er muligheden for at skabe AI, der har bevidsthed og vigtigst af alt — følelser. Desuden vil den fundamentale teori om bevidsthed muliggøre udviklingen af metoder og veje til hurtigere evolution af menneskets kognitive evner. Mennesket — fremtiden.
Kilde: habr.com
