Teadusliku teooria teele viibimine

Teadvuslike kogemuste päritolu ja iseloom — mõnikord nimetatakse neid ladina keele sõnaga qualia on olnud meie jaoks mõistatus alates varasest antiikajast kuni hiljuti. Paljud teaduse filosoofid, sealhulgas ka praegused, peavad teadvuse olemasolu nii vastuoluliseks asja pääle, mida nad arvavad olevat materiaalse ja tühja maailma, et kuulutavad selle illusiooniks. Teisisõnu, nad eitavad kas qualia olemasolu põhimõtteliselt või väidavad, et neid ei saa teaduslikult mõtestada.

Kui see väide oleks tõene — oleks see artikkel väga lühike. Ja allpool ei oleks midagi. Kuid seal on midagi…

Kui teadvust ei saa teaduslike vahenditega mõtestada, piisaks vaid selgitamisest, miks olete teie, mina ja peaaegu kõik teised nii kindlad, et meil on üldse tundeid. Siiski põhjustas valulik hammas mulle abstsessi. Küllaldane argument, et veenda, et minu valu on illusoorne, ei eemalda mind nende kannatuste eest sentigi. Ma ei pea sellist ummikseisu kehade ja vaimu vahel asjakohaseks, seega jätkan ilmselt.

Teadvus on kõik, mida sa tunned (sensorite abil saadud teabe põhjal) ja siis koged (perceptiooni ja mõistmise kaudu).

Peast kinni jäänud meloodia, šokolaadiküpsise maitse, tungiv hambavalu, armastus lapse vastu, abstraktne mõtlemine ja arusaamine, et kõigile aistingutele tuleb ühel päeval lõpp.

Teadlased saavad samm-sammult lähemale saladusele, mis on pikka aega muretsenud filosoofe. Ja nende teadusuuringute kulminatsiooniks oodatakse – struktureeritud tööd teooria teadvusest. Kõige silmapaistvam näide selle teooria rakendamisest on täielik tehisintellekt (see ei välista tehisintellekti tekkimist ilma teooriata teadvusest, vaid tuginedes juba olemasolevatele empiirilistele lähenemistele tehisintellekti arendamisel).

Enamik teadlasi peab teadvust iseenesestmõistetavaks ja püüab mõista selle seost objektiivse maailmaga, mida teadus kirjeldab. Veerand sajandit tagasi otsustasid Francis Crick ja teised kognitiivsed neurobioloogid jätta kõrvale filosoofilised arutelud teadvusest (mis on muretsenud teadlasi vähemalt Aristotelese ajast) ja hakata otsima selle füüsilisi jälgi.

Mis see on see äärmiselt erutuv osa ajumassist, mis tekitab teadlikkuse? Selle mõistmine võiks aidata teadlastel jõuda lähemale põhiküsimusele.
Eelkõige otsivad neurobioloogid teadlikkuse neuronilisi korrelaate (TNK) — kõige väiksemad neuronilised mehhanismid, mis kokku on piisavad mõne konkreetse teadlikkuse kogemuse jaoks aistingutes.

Mis peab ajus toimuma, et sa kogeksid näiteks hambavalu? Kas mõni närvirakk peab vibrima mingi maagilise sagedusega? Kas on vaja aktiveerida mõni erilised "teadlikkuse neuronid"? Millistes ajupiirkondades võiksid need rakud paikneda?

Teadlikkuse neuronilised korrelaadid

NCS-i määratlemisel on oluline märkida, et tegemist on "minimaalselt". Terve ajusüsteemi saab tõepoolest pidada NCS-iks — see genereerib igapäevaselt aistinguid. Siiski võib asukohta täpsemalt kirjeldada. Võtame näiteks seljaaju — 46-sentimeetrise paindliku närvikoe toru, mis asub lülisambas ja sisaldab umbes miljardit närvirakku. Kui seljaaju on vigastuse tõttu täielikult kahjustatud kuni kaela tasemeni, siis halvatakse patsiendi jalad, käed ja kere, ta ei suuda kontrollida oma soolestikku ja kuset, ning tal puuduvad kehahäired. Kuid hoolimata sellest, sellised halvatud inimesed jätkavad elu tajumist kogu oma mitmekesisuses: nad näevad, kuulevad, haistavad, kogevad emotsioone ja mäletavad sama hästi nagu enne traagilist sündmust, mis nende elu põhimõtteliselt muutis.

Või võtame näiteks väikeaju — „väike aju“ aju tagaosas. See aju süsteem, mis on evolutsioonilises mõttes üks vanimaid, osaleb motoorika, kehaasendi ja kõndimise kontrollimises ning vastutab ka keeruliste liikumissekventide oskusliku täitmise eest.
Klaveri mängimine, klaviatuuril trükkimine, iluuisutamine või kaljuronimine — kõik need tegevused kasutavad väikeaju. Seal paiknevad kuulsaimad neuronid, mida nimetatakse Purkinje rakkudeks, millel on harud, mis lehvivad nagu korall, ja mis peidavad endas keerulist elektrilist dünaamikat. Lisaks sisaldab väikeaju kõige rohkem neuroneid, umbes 69 miljardit (peamiselt on need väikeaju laboratsioonid, mis on kuju poolest tähed) — neli korda rohkem, kui kogu aju kokku (pea meeles — see on oluline punkt).

Mis juhtub teadvusega, kui inimene insuldi või kirurgi noa tõttu osaliselt väikeajust ilma jääb?

Peaaegu mitte midagi kriitilist teadvuse jaoks!

Selliste kahjustustega patsiendid kurdavad mitmete probleemide üle, nagu vähem sujuv klaverimäng või kohmakam trükkimine klaviatuuril, — kuid mitte kunagi täieliku kaotuse üle oma teadvuse aspektides.

Kõige põhjalikum uurimus väikeaju kahjustuste mõjust kognitiivsetele funktsioonidele on ulatuslikult uuritud kontekstis postinsuldi väikeaju afektiivse sündroomiga. Kuid isegi nendel juhtudel, lisaks koordineerimis- ja ruumilistele probleemidele (üleval), on registreeritud ainult mitte kriitilised rikkumised juhtimise täidesaatvates aspektides, mida iseloomustab perserveratsioonid, hajasus ja vähene õppimisvõime langus.

Hästi arenenud väikeaju süsteem ei ole seotud subjektiivsete kogemustega. Miks? Oluline vihje peitub selle neuronivõrgus — see on äärmiselt ühtlane ja paralleelne.

Väikeajus on praktiliselt täielik sirge edastusketi süsteem: üks neuronite rida toidab järgmist, mis omakorda mõjutab kolmandat. Seal puuduvad tagasiside silmused, mis resonanseeriksid elektrilise aktiivsuse raames. Veelgi enam, väikeaju jaguneb funktsionaalselt sadu, kui mitte rohkem, iseseisvaid arvutamismodule. Igaühel neist on oma tööparalleelsed sisendid ja väljundid, mis kontrollivad liikumisi või erinevaid mootori- või kognitiivseid süsteeme. Need ei suuda omavahel palju koostööd teha, samas kui teadvuse puhul — see on veel üks ülioluline omadus.

Oluline õppetund, mille saab tuletada seljaaju ja väikeaju analüüsist, on see, et teadvuse geeni loomine ei toimu lihtsalt igas närvikoetõusus. Vajalik on veel midagi. See täiendav tegur peitub hallaines, mis moodustab kurikuulsa ajukoore — selle välispinna. Kõik olemasolevad andmed viitavad sellele, et aistingute tekkes osalevad neokortikaalsed koed.

Saate veelgi kitsendada teadvuse epitsentri asukohta. Võtame näiteks eksperimendid, kus paremat ja vasakut silma mõjutatakse erinevate ärritajatega. Kujutage ette, et pilt 'Lada Priora' on nähtav ainult teie vasakule silmale, samas kui 'Tesla S' foto on nähtav ainult paremale. Võite eeldada, et näete mingit uut autot, mis on Lada ja Tesla üksteisele kattuvate piltide tulemus. Tegelikult näete te mõne sekundi jooksul Lada't, pärast mida see kaob ja nähtavale tuleb Tesla — seejärel kaob see ja taas tuleb esile Lada. Kaks pilti vahetavad pidevalt üksteist — teadlased nimetavad seda binaokulaarseks võistluseks või võrkkesta rivaliteediks. Aju saab vastuolulist teavet väljast ja ei suuda otsustada: kas see on Lada või Tesla?

Kui sel juhul lamate tomograafi sees, mis registreerib aju aktiivsust, tuvastavad teadlased aktiivsuse laias valikus kortikaalsetes piirkondades, mida üldiselt nimetatakse "tagumise kuuma tsooniks" (posterior hot zone). Need on parietaalsed, occipitaalsed ja temporaalsed piirkonnad ajukoore tagaosas ning nad mängivad kõige olulisemat rolli selles, kuidas me oma nägemist jälgime.

Huvitav on see, et primaarne visuaalne koor, mis saadab ja edastab silmadest saadud teavet, ei peegelda seda, mida inimene näeb. Sarnane tööjaotus on ka kuulmise ja kompimise puhul: primaarne kuulmis- ja primaarne somatosensoorne koor ei panusta otseselt kuulmis- ja somatosensoorsesse kogemusse. Teadvustatud tajumine (sealhulgas Lada ja Tesla kujutised) genereerib hilisema töötlemise etapid – taguses kuumas tsoonis.

Selgub, et visuaalsed kujutised, helid ja teised elu kogemused tekivad taguses ajukoores. Nii palju kui neurobioloogid saavad öelda, algavad praktiliselt kõik teadvustatud kogemused just sealt.

Teadvuseloenduri

Tegevuste jaoks, näiteks anesteesia all olevatel patsientidel, et nad ei liiguks, säilitaksid stabiilset vererõhku, ei tunneks valu ning hiljem ei kogeks traumat meenutusi. Kahjuks ei õnnestu seda alati saavutada: igal aastal on sadu patsiente anesteesia all, olles mingil määral teadvusel.

Teine kategooria patsiente, kelle ajukahjustus tuleneb traumast, infektsioonidest või raskest mürgistusest, võib aastaid elada, ilma et nad suudaksid rääkida või reageerida pöördumistele. Tõestada, et nad tunnevad elu, on äärmiselt keeruline ülesanne.

Kujutage ette kosmonauti, kes on universumis eksinud ja kuulab katseid juhtimiskeskuse temaga ühendust saada. Purunenud raadio ei edasta tema häält, mistõttu maailm peab teda kadunuks. Umbes nii võib kirjeldada lootusetut olukorda patsientide seas, kelle kahjustatud aju on eraldanud nad maailmast — omamoodi äärmuslik üksildase karistus.

2000. aastate alguses rakendasid Wisconsin-Madison ülikooli uuringuteadlased Giulio Tononi ja Marcello Massimini esmakordselt meetodit nimega zap and zip, et määrata, millal inimene on teadvuses või mitte.

Teadlased kasutasid pea kohal asuvat juhtmeid sisaldavat mähist ja saatsid šoki (zap) — tugeva magnetenergia laengu, mis põhjustas lühiajalise elektrivoolu. See stimuleeris ja pärssis neuronite partnerirakke seotud ahelas ning laine resoneerus ajukoores seni, kuni aktiivsus vaibus.

Peanaha külge kinnitatud elektroencefalogrammi anduridregistreerisid elektrisignaalid. Signaalide järkjärgulise levimise käigus muundusid nende jäljed, millest igaühel oli oma vaste kolju pinna all asuvale punktile, filmiks.

Salvestused ei näidanud mingit tüüpilist algoritmi, kuid polnud ka täiesti juhuslikud.

On üllatav, et mida ennustatavamad olid voolavad ja taanduvad rütmid, seda suurem oli tõenäosus, et aju oli teadvusetu seisundis. Teadlased mõõtsid seda oletust, kokkusurutud videoandmed kasutades algoritmi, millega arhiveeritakse arvutifailid ZIP-formaadis. Kokkusurumine andis hinnangu aju reaktsiooni keerukusele. Taotlejad, kes olid teadvusel, näitasid "häiringute keerukuse indeksit" vahemikus 0,31 kuni 0,70, samas kui indeks langes alla 0,31, kui nad olid sügavas unes või anesteesia all.

Seejärel testis meeskond zip and zap 81 patsiendil, kes olid minimaalses teadvuses või vaimselt segaduses (koomas). Esimeses grupis, kus ilmnesid teatud mitte-refleksiivne käitumise tunnused, näitas meetod õigesti, et 36 38-st on teadvuses. 43-st patsiendist, kes olid "köögivilja" seisundis ja kellele sugulased voodikoha ääres ei suutnud kordagi suhelda, liigiti 34 teadvuseta hulka, kuid veel üheksa ei kuulunud. Nende aju reageeris sarnaselt neile, kes olid teadvuses, mis tähendas, et nad olid samuti teadvuses, kuid ei suutnud samas sugulastega suhelda.

Praeguste uuringute eesmärk on standardiseerida ja täiustada meetodit neuroloogilistele patsientidele ning laiendada seda psühhiaatria- ja lasteosakondade patsientidele. Aja jooksul tuvastavad teadlased konkreetse närviprotsesside kogumi, mis genereerib kogemusi.

Kokkuvõttes vajame veenvat teaduslikku teooriat teadlikkusest, mis vastab küsimusele, millistel tingimustel teatud füüsiline süsteem — olgu see keeruline närvivõrk või silikoontransistor — kogeb aistinguid. Ja miks on kogemuste kvaliteet erinev? Miks tunneme puhtast sinisest taevast teistsugust tunnet kui halvasti häälestatud viiulist kostuvat kriuksumist? Kas nende aistingute erinevustel on mingi kindel funktsioon? Kui jah, siis milline? Teooria võimaldaks prognoosida, millised süsteemid on suutelised midagi kogema. Ilma teooriata, mis teeb kontrollitavaid prognoose, põhinevad kõik järeldused masinate teadlikkusest meie sisetunnustusel, millele, nagu teaduse ajalugu on näidanud, tasub tugineda ettevaatlikult.

Üks peamisi teadlikkuse teooriaid on globaalne närvivõrgu tööruum (GWT), mille esitas psühholoog Bernard Baars ja neurobioloogid Stanislas Dehaene ja Jean-Pierre Changeux.

Nende väitel, kui inimene millestki teadlikuks saab, pääsevad sellele informatsioonile juurde mitmed erinevad ajupiirkonnad. Ent kui inimene tegutseb alateadlikult, lokaliseeritakse informatsioon konkreetses senso-motoorse süsteemis. Näiteks, kui te kiiresti kirjutate, teete te seda automaatselt. Kui teid kysitakse, kuidas te seda teete, ei suuda te vastata, kuna teil on sellele informatsioonile piiratud ligipääs, mis on lokaliseeritud närviringides, mis seovad silmad kiirete sõrme liigutustega.

Globaalne kättesaadavus loob vaid ühe teadvuse voolu, sest kui mõni protsess on kättesaadav kõigile teistele protsessidele, siis on see neile kõigile kättesaadav – kõik on seostatav kõigega. Nii toimib alternatiivsete piltide mahasurumise mehhanism.
Sarnane teooria selgitab hästi erinevaid psüühikahäireid, kus üksikute funktsionaalsete keskustega seotud neuronite aktiivsus ja nende mustrid moonutavad üldist teadlikkuse voogu, muutes pildi võrreldes „normaalse” seisundiga (terve inimese) ebatäpsuseks.

Teel fundamentaalse teooria poole

Teooria „GWT” väidab, et teadlikkus tuleneb erilisest teabe töötlemise tüübist: see on meile tuttav alates tehisintellekti algusaegadest, kui spetsiaalsed programmid said juurdepääsu väikesele avalikule andmehoidlast. Kõik teave, mis „teavitusse” kirjutati, muutus kergesti kätte saadavaks mitmete abiprotsesside jaoks — töömälu, keel, planeerimise moodul, näo ja objektide tuvastamine jne. Selle teooria kohaselt tekib teadlikkus, kui sisenev sensoorne teave, mis on kirjutatud tahvlile, edastatakse mitmetesse kognitiivsetesse süsteemidesse — ja nemad töötlevad andmeid kõne taasesitamiseks, mälus hoidmiseks või tegevuste sooritamiseks.

Kuna selle sisupinna maht on piiratud, saame iga hetke jooksul jagada vaid piiratud hulga teavet. Neuronvõrk, mis edastab neid sõnumeid, asub tõenäoliselt frontaal- ja pealaelistes osades.

Kui need nappide (lahus) andmed edastatakse võrgule ja muutuvad avalikuks, muutub teave teadlikuks. See tähendab, et subjekt teadvustab seda. Kaasaegsed masinad pole veel sellise kognitiivse keerukuse tasemeni jõudnud, kuid see on vaid aja küsimus.

Teooria 'GWT' väidab, et tuleviku arvutid saavad olema teadvustavad.

Üldine teooria teadvusest (IIT), mille on välja töötanud Tononi ja tema kaas autoreid, tugineb hoopis teistsugusele lähtekohale — kogemusele endale. Igal kogemusel on oma ainulaadsed võtmeomadused. See on immanentne, eksisteerib ainult subjekti kui 'peremehe' jaoks; see on struktureeritud (kollane takso pidurdab, kui pruun koer ületab tänava); ja see on konkreetne — erineb igasugusest teisest teadvusest, nagu eraldi kaader filmis. Peale selle on see terviklik ja kindel. Kui sooja selge päeva jooksul istute pargis pingil ja vaatate laste mängu, siis erinevad kogemuse osad — tuul, mis lehvib juustes, rõõmu tunne lastest naerdes — ei saa üksteisest eralduda, ilma et kogemus kaotaks oma olemuse.

Tononi postuleerib, et sellised omadused — st teatud tasemel teadlikkus — on olemas igasuguses keerulises ja omavahel seotud mehhanismis, mille struktuuris on kodeeritud põhjuse ja järgnevuse seosed. Seda tunnete kui midagi, mis tuleb seestpoolt.

Kuid kui, nagu väikeaju, mehhanismil puudub keerukus ja seotus, siis ta ei taju midagi. Nagu see teooria ütleb,

on teadlikkus vältimatu juhuslik jõud, mis on seotud keerukate mehhanismidega nagu inimaju.

Teooria järeldab ka, et keerukus, mis on seotud omavahel seotud struktuuri aluseks, toob esile ühe positiivse arvu Φ (hääldatakse "fy"), mis kvantitatiivselt väljendab seda teadlikkust. Kui Φ on null, siis süsteem ei oska end üldse tajuda. Vastupidi, mida suurem on number, seda suurema vältimatu juhusliku jõu omab süsteem ja seda teadlikum ta on. Ajal, mil ajul on erakordne ja väga spetsiifiline seotus, on Φ väga kõrge, mis viitab kõrgele teadlikkuse tasemele. Teooria seletab erinevaid fakte: näiteks, miks väikeaju ei osale teadlikkuses või miks zip ja zap loendur tõeliselt töötavad (loenduri poolt esitatud numbrid on Φ jämedalt).

Teooria «IIT» prognoosib, et arenenud inimaju simuleerimine digitaalsel arvutil ei saa olla teadlik — isegi kui selle kõne ei ole võimalik eristada inimkõnest. Nagu simuleeritud musta aukude tõmbetugevuse ulatuslik simuleerimine ei deformeeri ajaruumilist kontinuumit arvuti koodi rakendamise ümber, programmeeritud teadlikkus ei suuda kunagi luua teadlikku arvutit. Giulio Tononi ja Marcello Massimini, ajakiri «Nature» 557, S8-S12 (2018)

Vastavalt IIT-le — teadlikkust ei saa arvutada ja arvutada: see peab olema süsteemi struktuuri integreeritud.

Kaasaegsete neuroteadlaste peamine ülesanne on kasutada järjest täiustuvate tööriistadega uurida ühtesid lõputuks ühendustest erinevate neuronite, mis moodustavad aju, et selgitada edasi teadlikkuse neuronimustreid. Arvestades kesksete närvisüsteemide keerukat ehitust, kulub selleks aastakümneid. Lõpuks tuleks koostada põhiteooria olemasolevate lõikude põhjal. Teooria, mis seletab elu peamist mõistatust: kuidas organ, mis kaalub 1,36 kg ja mille koostis meenutab sojaube, kehastab endas elu tunnetust.

Minu arvates on üks kõige huvitavamaid selle uue teooria rakendusi võimalus luua tehisintellekt, millel on teadlikkus ja mis on kõige olulisem — aistingud. Veelgi enam, põhiteooria teadlikkuse osas võimaldab arendada meetodeid ja radu inimese kognitiivsete võimete kiirema evolutsiooni saavutamiseks. Tuleviku inimene.

Peamine allikas

Allikas: habr.com