Der Ursprung und die Natur bewusster Erfahrungen – manchmal auch mit dem lateinischen Wort bezeichnet qualia - sind uns seit der frühen Antike bis in die jüngste Zeit ein Rätsel. Viele Bewusstseinsphilosophen, darunter auch moderne, betrachten die Existenz des Bewusstseins als einen so inakzeptablen Widerspruch zu dem, was sie für eine Welt aus Materie und Leere halten, dass sie es für eine Illusion erklären. Mit anderen Worten: Sie leugnen entweder grundsätzlich die Existenz von Qualia oder behaupten, dass sie wissenschaftlich nicht sinnvoll untersucht werden können.
Wenn dieses Urteil wahr wäre, wäre dieser Artikel sehr kurz. Und es würde nichts unter dem Schnitt geben. Aber da ist etwas...
Wenn das Bewusstsein mit den Mitteln der Wissenschaft nicht verstanden werden kann, müsste nur erklärt werden, warum Sie, ich und fast alle anderen so sicher sind, dass wir überhaupt Gefühle haben. Ein schlechter Zahn verursachte jedoch Zahnfleischentzündungen. Ein raffiniertes Argument, um mich davon zu überzeugen, dass mein Schmerz eine Illusion ist, wird mich nicht im Geringsten von diesem Schmerz befreien. Ich habe kein Verständnis für eine solche Sackgasseninterpretation der Verbindung zwischen Seele und Körper, also werde ich vielleicht weitermachen.
Bewusstsein ist alles, was Sie wahrnehmen (durch Sinneseindrücke) und dann erleben (durch Wahrnehmung und Verständnis).
Eine Melodie im Kopf, der Geschmack eines Schokoladendesserts, langweilige Zahnschmerzen, Liebe zu einem Kind, abstraktes Denken und die Erkenntnis, dass eines Tages alle Empfindungen ein Ende haben werden.
Wissenschaftler kommen der Lösung eines Rätsels, das Philosophen schon lange beschäftigt, immer näher. Und der Höhepunkt dieser wissenschaftlichen Forschung wird voraussichtlich eine strukturierte Arbeitstheorie des Bewusstseins sein. Das auffälligste Beispiel für die Anwendung dieser Theorie ist die vollwertige KI (dies schließt die Möglichkeit der Entstehung von KI ohne Bewusstseinstheorie nicht aus, sondern auf der Grundlage bereits bestehender empirischer Ansätze bei der Entwicklung von KI)
Die meisten Wissenschaftler akzeptieren das Bewusstsein als gegeben und bemühen sich, seinen Zusammenhang mit der objektiven Welt, die die Wissenschaft beschreibt, zu verstehen. Vor einem Vierteljahrhundert, Francis Crick und die anderen beschloss, die philosophischen Diskussionen über das Bewusstsein (die Wissenschaftler mindestens seit der Zeit des Aristoteles beschäftigten) beiseite zu legen und sich stattdessen auf die Suche nach seinen physischen Spuren zu machen.
Was genau ist es in dem hocherregbaren Teil der Gehirnmasse, der das Bewusstsein entstehen lässt? Indem sie dies lernen, können Wissenschaftler hoffen, der Lösung eines grundlegenderen Problems näher zu kommen.
Insbesondere suchen Neurowissenschaftler nach neuronalen Korrelaten des Bewusstseins (NCC) – die kleinsten neuronalen Mechanismen, die insgesamt für eine bestimmte bewusste Empfindungserfahrung ausreichend sind.
Was muss im Gehirn passieren, damit Sie beispielsweise Zahnschmerzen verspüren? Sollen manche Nervenzellen mit einer magischen Frequenz schwingen? Müssen wir spezielle „Neuronen des Bewusstseins“ aktivieren? In welchen Bereichen des Gehirns könnten sich solche Zellen befinden?
Neuronale Korrelate des Bewusstseins
Bei der Definition von NKS ist die „Minimalklausel“ wichtig. Schließlich kann das Gehirn als Ganzes als NCS betrachtet werden – Tag für Tag erzeugt es Empfindungen. Und doch lässt sich der Standort noch genauer bestimmen. Betrachten Sie das Rückenmark, den 46 Zentimeter langen flexiblen Schlauch aus Nervengewebe in der Wirbelsäule, der etwa eine Milliarde Nervenzellen enthält. Kommt es durch die Verletzung zu einer vollständigen Schädigung des Rückenmarks bis in den Nackenbereich, ist das Opfer an Beinen, Armen und Rumpf gelähmt, hat keine Kontrolle über Darm und Blase und ist körperlich unempfindlich. Dennoch erleben solche Querschnittgelähmten das Leben weiterhin in seiner ganzen Vielfalt: Sie sehen, hören, riechen, erleben Emotionen und erinnern sich an die Zeit, bevor der tragische Vorfall ihr Leben radikal veränderte.
Oder nehmen Sie das Kleinhirn, das „kleine Gehirn“ im hinteren Teil des Gehirns. Dieses evolutionär älteste Gehirnsystem ist an der Steuerung von Motorik, Körperhaltung und Gang beteiligt und darüber hinaus für die geschickte Ausführung komplexer Bewegungsabläufe verantwortlich.
Klavier spielen, auf einer Tastatur tippen, Eiskunstlauf oder Klettern – all diese Aktivitäten beanspruchen das Kleinhirn. Es ist mit den berühmtesten Neuronen, den sogenannten Purkinje-Zellen, ausgestattet, deren Ranken wie ein Gorgonien aus Korallen flattern und eine komplexe elektrische Dynamik beherbergen. Das Kleinhirn enthält auch größte Anzahl an Neuronen, etwa 69 Milliarden (hauptsächlich handelt es sich dabei um sternförmige Kleinhirnmastzellen) - viermal mehrals das gesamte Gehirn zusammen (denken Sie daran, dies ist ein wichtiger Punkt).
Was passiert mit dem Bewusstsein, wenn eine Person durch einen Schlaganfall oder durch das Messer eines Chirurgen das Kleinhirn teilweise verliert?
Ja, fast nichts Kritisches für das Bewusstsein!
Patienten mit dieser Schädigung klagen über einige Probleme, wie z. B. weniger flüssiges Klavierspielen oder Tippen auf einer Tastatur, jedoch nie über einen völligen Verlust irgendeines Aspekts ihres Bewusstseins.
Die detaillierteste Studie zu den Auswirkungen von Kleinhirnschäden auf die kognitive Funktion, ausführlich untersucht im Zusammenhang mit . Aber auch in diesen Fällen sind neben Koordinations- und Raumproblemen (oben) nur unkritische Verstöße gegen die exekutiven Aspekte des Managements gekennzeichnet , Zerstreutheit und eine leichte Abnahme der Lernfähigkeit.
Der ausgedehnte Kleinhirnapparat hat keinen Bezug zu subjektiven Erfahrungen. Warum? Sein neuronales Netzwerk enthält einen wichtigen Hinweis: Es ist äußerst einheitlich und parallel.
Das Kleinhirn ist fast ausschließlich ein Feedforward-Schaltkreis: Eine Reihe von Neuronen speist die nächste, die wiederum die dritte beeinflusst. Es gibt keine Rückkopplungsschleifen, die innerhalb der elektrischen Aktivität hin- und herschwingen. Darüber hinaus ist das Kleinhirn funktionell in Hunderte, wenn nicht mehr, unabhängige Rechenmodule unterteilt. Jeder arbeitet parallel, mit separaten und nicht überlappenden Ein- und Ausgängen, die die Bewegung oder verschiedene motorische oder kognitive Systeme steuern. Sie interagieren kaum miteinander, während dies beim Bewusstsein ein weiteres unverzichtbares Merkmal ist.
Die wichtige Lektion, die man aus der Analyse des Rückenmarks und des Kleinhirns lernen kann, ist, dass die Genialität des Bewusstseins an keinem Punkt der Erregung des Nervengewebes so leicht entsteht. Etwas anderes ist nötig. Dieser zusätzliche Faktor liegt in der grauen Substanz, aus der die berüchtigte Großhirnrinde besteht – ihrer äußeren Oberfläche. Alle verfügbaren Beweise deuten darauf hin, dass Empfindungen eine Rolle spielen Gewebe.
Sie können den Bereich, in dem sich der Fokus des Bewusstseins befindet, noch weiter eingrenzen. Nehmen wir zum Beispiel Experimente, bei denen das rechte und das linke Auge unterschiedlichen Reizen ausgesetzt werden. Stellen Sie sich vor, dass ein Foto eines Lada Priora nur für Ihr linkes Auge sichtbar ist und ein Foto eines Tesla S nur für Ihr rechtes Auge. Wir können davon ausgehen, dass Sie durch Überlagerungen von Lada und Tesla einige neue Autos sehen werden. Tatsächlich werden Sie Lada für ein paar Sekunden sehen, danach wird er verschwinden und Tesla wird erscheinen – und dann wird sie verschwinden und Lada wird wieder erscheinen. Zwei Bilder ersetzen einander in einem endlosen Tanz – Wissenschaftler nennen dies Fernglas-Wettbewerb oder Netzhaut-Wettbewerb. Das Gehirn erhält von außen mehrdeutige Informationen und kann sich nicht entscheiden: Ist es ein Lada oder ein Tesla?
Wenn Sie in einem Gehirnscanner liegen, stellen Wissenschaftler Aktivitäten in einem breiten Spektrum kortikaler Bereiche fest, die zusammenfassend als hintere heiße Zone bezeichnet werden. Dies sind die parietalen, okzipitalen und temporalen Regionen im hinteren Teil des Gehirns, und sie spielen die wichtigste Rolle bei der Verfolgung dessen, was wir sehen.
Interessanterweise spiegelt der primäre visuelle Kortex, der Informationen von den Augen empfängt und weiterleitet, nicht das wider, was eine Person sieht. Eine ähnliche Arbeitsteilung ist auch beim Hören und Fühlen zu beobachten: Der primäre auditorische und der primäre somatosensorische Kortex tragen nicht direkt zum Inhalt der auditiven und somatosensorischen Erfahrung bei. Die bewusste Wahrnehmung (einschließlich der Bilder von Lada und Tesla) führt zu weiteren Verarbeitungsstufen – in der hinteren heißen Zone.
Es stellt sich heraus, dass visuelle Bilder, Töne und andere Lebensempfindungen ihren Ursprung in der hinteren Hirnrinde haben. Soweit Neurowissenschaftler wissen, haben fast alle bewussten Erfahrungen dort ihren Ursprung.
Bewusstseinszähler
Bei Operationen beispielsweise werden Patienten in Narkose versetzt, damit sie sich nicht bewegen, der Blutdruck stabil bleibt, keine Schmerzen auftreten und in der Folge keine traumatischen Erinnerungen entstehen. Leider gelingt dies nicht immer: Jedes Jahr sind Hunderte von Narkosepatienten mehr oder weniger bei Bewusstsein.
Eine andere Kategorie von Patienten mit schweren Hirnschäden infolge eines Traumas, einer Infektion oder einer schweren Vergiftung kann jahrelang leben, ohne sprechen oder auf Anrufe reagieren zu können. Zu beweisen, dass sie das Leben erfahren, ist eine äußerst schwierige Aufgabe.
Stellen Sie sich einen Astronauten vor, der sich im Universum verirrt hat und der Missionskontrolle zuhört, die versucht, Kontakt zu ihm aufzunehmen. Das kaputte Radio sendet seine Stimme nicht, weshalb die Welt ihn als vermisst betrachtet. So ungefähr könnte man die verzweifelte Situation von Patienten beschreiben, deren geschädigtes Gehirn ihnen den Kontakt zur Welt verwehrt hat – eine Art extreme Form der Einzelhaft.
In den frühen 2000er Jahren entwickelten Giulio Tononi von der University of Wisconsin-Madison und Marcello Massimini eine Methode namens um festzustellen, ob eine Person bei Bewusstsein ist oder nicht.
Wissenschaftler befestigten eine Spule aus ummantelten Drähten am Kopf und sendeten einen Schock (Zap) aus – eine starke Ladung magnetischer Energie, die einen kurzzeitigen elektrischen Strom verursachte. Dies erregte und hemmte Partnerneuronenzellen in verbundenen Regionen des Schaltkreises, und die Welle hallte in der gesamten Großhirnrinde wider, bis die Aktivität erlosch.
Ein Netzwerk aus am Kopf montierten Elektroenzephalogramm-Sensoren zeichnete elektrische Signale auf. Während sich die Signale allmählich ausbreiteten, verwandelten sich ihre Spuren, die jeweils einem bestimmten Punkt unter der Schädeloberfläche entsprachen, in einen Film.
Die Aufnahmen zeigten keinen typischen Algorithmus – völlig zufällig waren sie aber auch nicht.
Interessanterweise war es umso wahrscheinlicher, dass das Gehirn bewusstlos war, je vorhersehbarer die Ein- und Aus-Rhythmen waren. Die Wissenschaftler haben diese Annahme überprüft, indem sie die Videodaten mit einem Algorithmus komprimiert haben, der zur Archivierung von Computerdateien im ZIP-Format verwendet wird. Durch die Kompression konnte die Komplexität der Reaktion des Gehirns beurteilt werden. Freiwillige, die bei Bewusstsein waren, zeigten einen „Störungskomplexitätsindex“ von 0,31 bis 0,70, wobei der Index unter 0,31 fiel, wenn sie sich im Tiefschlaf oder unter Narkose befanden.
Anschließend testete das Team Zip und Zap an 81 Patienten, die entweder nur minimal bei Bewusstsein oder bewusstlos (komatös) waren. In der ersten Gruppe, die einige Anzeichen von unreflektiertem Verhalten zeigte, zeigte die Methode korrekt, dass 36 von 38 bei Bewusstsein waren. Von den 43 Patienten im „pflanzlichen“ Zustand, mit denen Angehörige am Kopfende des Krankenhausbetts nie eine Kommunikation aufbauen konnten, wurden 34 als bewusstlos eingestuft, weitere neun nicht. Ihre Gehirne reagierten ähnlich wie diejenigen, die bei Bewusstsein waren, was bedeutet, dass sie ebenfalls bei Bewusstsein waren, aber nicht in der Lage waren, mit ihrer Familie zu kommunizieren.
Aktuelle Forschungsarbeiten zielen darauf ab, die Technik für neurologische Patienten zu standardisieren und zu verbessern sowie sie auf Patienten in psychiatrischen und pädiatrischen Abteilungen auszudehnen. Im Laufe der Zeit werden Wissenschaftler die spezifischen neuronalen Mechanismen identifizieren, die Erfahrungen hervorrufen.
Letztendlich brauchen wir eine überzeugende wissenschaftliche Theorie des Bewusstseins, die die Frage beantwortet, unter welchen Bedingungen ein bestimmtes physikalisches System – sei es eine komplexe Kette von Neuronen oder Siliziumtransistoren – Empfindungen erfährt. Und warum ist die Qualität der Erfahrung unterschiedlich? Warum fühlt sich ein klarer blauer Himmel anders an als der Klang einer schlecht gestimmten Geige? Haben diese Empfindungsunterschiede eine spezifische Funktion? Wenn ja, welches? Mithilfe der Theorie können wir vorhersagen, welche Systeme etwas wahrnehmen können. In Ermangelung einer Theorie mit überprüfbaren Vorhersagen basieren alle Rückschlüsse auf das Maschinenbewusstsein ausschließlich auf unserem Bauchgefühl, auf das wir uns, wie die Geschichte der Wissenschaft gezeigt hat, mit Vorsicht verlassen sollten.
Eine der Haupttheorien des Bewusstseins ist die Theorie (GWT), vorgeschlagen vom Psychologen Bernard Baars und den Neurowissenschaftlern Stanislas Dean und Jean-Pierre Changeux.
Sie argumentieren zunächst, dass viele verschiedene Bereiche des Gehirns auf diese Informationen zugreifen, wenn einer Person etwas bewusst ist. Handelt eine Person dagegen unbewusst, sind die Informationen im jeweils beteiligten sensomotorischen System (Sensomotorik) lokalisiert. Wenn Sie beispielsweise schnell tippen, geschieht dies automatisch. Wenn Sie gefragt werden, wie Sie das machen, können Sie nicht antworten, da Sie nur begrenzten Zugriff auf diese Informationen haben, die in den neuronalen Schaltkreisen lokalisiert sind, die die Augen mit den schnellen Bewegungen der Finger verbinden.
Globale Zugänglichkeit erzeugt nur einen Bewusstseinsstrom, denn wenn ein Prozess für alle anderen Prozesse zugänglich ist, dann ist er für alle zugänglich – alles ist mit allem verbunden. Auf diese Weise wird der Mechanismus zur Unterdrückung alternativer Bilder implementiert.
Diese Theorie erklärt gut alle Arten von psychischen Störungen, bei denen Ausfälle einzelner Funktionszentren, die durch Muster neuronaler Aktivität (oder eines gesamten Bereichs des Gehirns) verbunden sind, zu Störungen im allgemeinen Fluss des „Arbeitsraums“ führen und dadurch verzerren das Bild im Vergleich zum „normalen“ Zustand (eines gesunden Menschen).
Auf dem Weg zu einer fundamentalen Theorie
Die GWT-Theorie besagt, dass Bewusstsein auf einer besonderen Art der Informationsverarbeitung beruht: Es ist uns seit den Anfängen der KI vertraut, als spezielle Programme Zugriff auf einen kleinen, öffentlich zugänglichen Datenspeicher hatten. Alle auf der „Schwarzen Tafel“ aufgezeichneten Informationen wurden für eine Reihe von Hilfsprozessen verfügbar – Arbeitsgedächtnis, Sprache, Planungsmodul, Erkennung von Gesichtern, Objekten usw. Nach dieser Theorie entsteht Bewusstsein, wenn eingehende sensorische Informationen auf der Tafel aufgezeichnet werden werden in viele kognitive Systeme übertragen – und sie verarbeiten Daten zur Sprachwiedergabe, zur Speicherung im Gedächtnis oder zur Ausführung von Handlungen.
Da der Platz auf einem solchen schwarzen Brett begrenzt ist, können wir zu jedem Zeitpunkt nur eine kleine Menge an Informationen zur Verfügung haben. Es wird angenommen, dass sich das Netzwerk von Neuronen, die diese Nachrichten übermitteln, im Frontal- und Parietallappen befindet.
Sobald diese knappen (verstreuten) Daten an das Netzwerk übertragen und öffentlich verfügbar werden, werden die Informationen bewusst. Das heißt, das Subjekt ist sich dessen bewusst. Moderne Maschinen haben dieses Niveau der kognitiven Komplexität noch nicht erreicht, aber es ist nur eine Frage der Zeit.
Die „GWT“-Theorie besagt, dass Computer der Zukunft bewusst sein werden
Die von Tononi und seinen Mitarbeitern entwickelte allgemeine Informationstheorie des Bewusstseins (IIT) verwendet einen ganz anderen Ausgangspunkt: die Erfahrungen selbst. Jedes Erlebnis hat seine eigenen besonderen Schlüsselmerkmale. Es ist immanent und existiert nur für das Subjekt als „Meister“; es ist strukturiert (ein gelbes Taxi wird langsamer, während ein brauner Hund über die Straße rennt); und es ist konkret – anders als jede andere bewusste Erfahrung, wie ein separates Bild in einem Film. Darüber hinaus ist es solide und definiert. Wenn Sie an einem warmen, klaren Tag auf einer Parkbank sitzen und Kindern beim Spielen zuschauen, können die verschiedenen Elemente des Erlebnisses – der Wind, der Ihnen durch die Haare weht, die Freude am Lachen der Kleinen – nicht voneinander getrennt werden, ohne dass das Erlebnis aufhört sein, was es ist.
Tononi postuliert, dass solche Eigenschaften – also ein gewisses Maß an Bewusstsein – über einen beliebigen komplexen und gekoppelten Mechanismus verfügen, in dessen Struktur eine Reihe von Ursache-Wirkungs-Beziehungen verschlüsselt sind. Es wird sich anfühlen, als ob etwas von innen kommt.
Wenn es dem Mechanismus jedoch wie dem Kleinhirn an Komplexität und Konnektivität mangelt, nimmt er nichts wahr. Wie diese Theorie besagt,
Bewusstsein ist eine inhärente, kontingente Fähigkeit, die mit komplexen Mechanismen wie dem menschlichen Gehirn verbunden ist.
Die Theorie leitet außerdem aus der Komplexität der zugrunde liegenden Verbundstruktur eine einzelne nichtnegative Zahl Φ (ausgesprochen „fy“) ab, die dieses Bewusstsein quantifiziert. Wenn F Null ist, ist sich das System seiner selbst überhaupt nicht bewusst. Umgekehrt gilt: Je größer die Zahl, desto größer ist die inhärente Zufallskraft des Systems und desto bewusster ist es. Das Gehirn, das sich durch eine enorme und hochspezifische Konnektivität auszeichnet, hat einen sehr hohen F-Wert, was ein hohes Maß an Bewusstsein impliziert. Die Theorie erklärt verschiedene Fakten: zum Beispiel, warum das Kleinhirn nicht am Bewusstsein beteiligt ist oder warum der Zip-and-Zap-Zähler tatsächlich funktioniert (die vom Zähler erzeugten Zahlen sind in grober Näherung F).
Die IIT-Theorie sagt voraus, dass eine fortschrittliche digitale Computersimulation des menschlichen Gehirns kein Bewusstsein haben kann – selbst wenn seine Sprache nicht von der menschlichen Sprache zu unterscheiden ist. So wie die Simulation der massiven Anziehungskraft eines Schwarzen Lochs das Raum-Zeit-Kontinuum um den Computer mithilfe des Codes nicht verzerrt, programmiert Das Bewusstsein wird niemals einen bewussten Computer hervorbringen. Giulio Tononi und Marcello Massimini, Nature 557, S8-S12 (2018)
Laut IIT kann Bewusstsein nicht berechnet und berechnet werden: Es muss in die Struktur des Systems eingebaut werden.
Die Hauptaufgabe moderner Neurowissenschaftler besteht darin, mit den immer ausgefeilteren Werkzeugen, die ihnen zur Verfügung stehen, die endlosen Verbindungen verschiedener Neuronen, die das Gehirn bilden, zu untersuchen und die neuronalen Spuren des Bewusstseins weiter abzugrenzen. Angesichts der komplexen Struktur des Zentralnervensystems wird dies Jahrzehnte dauern. Und schließlich eine grundlegende Theorie auf der Grundlage vorhandener Fragmente formulieren. Eine Theorie, die das Haupträtsel unserer Existenz erklären wird: Wie ein Organ, das 1,36 kg wiegt und in seiner Zusammensetzung dem Tofu ähnelt, den Sinn des Lebens verkörpert.
Eine der interessantesten Anwendungen dieser neuen Theorie ist meiner Meinung nach die Möglichkeit, eine KI zu schaffen, die über Bewusstsein und vor allem über Empfindungen verfügt. Darüber hinaus wird uns die grundlegende Bewusstseinstheorie ermöglichen, Methoden und Wege zu entwickeln, um eine schnellere Entwicklung der menschlichen kognitiven Fähigkeiten umzusetzen. Der Mensch – die Zukunft.
Source: habr.com