Teel fundamentaalse teooria poole teadlikkusest

Teadvuse kogemuste päritolu ja iseloom — mõnikord nimetatakse neid ladinakeelse sõnaga qualia — on meid kimbutanud alates varasest antiigist kuni viimase ajani. Paljud teadvuse filosoofid, sealhulgas kaasaegsed, peavad teadvuse olemasolu nii vastuoluliseks, et kuulutavad selle illusiooniks. Teisisõnu, nad eitavad kas qualia olemasolu üldiselt või väidavad, et neid ei saa mõistlikult uurida teaduse abil.

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

Kui teaduslike tööriistadega ei saa teadvust mõista, tuleks lihtsalt selgitada, miks sina, mina ja peaaegu kõik teised on nii kindlad selles, et meil tõepoolest on tundeid. Siiski, haige hammas põhjustas mul abstsessi. Peen arutlus selle kohta, et mu valu on illusoorne, ei leevenda mind üldse. Ma ei tunne sellise ummikseisu vaheline seos hinge ja keha vahel vastu, seega ilmselt jätkan.

Teadvus on kõik, mida sa tunned (sensoorsete organite teabe põhjal) ja seejärel koged (perceptsiooni ja käsitlemise kaudu).

Peas kinni jäänud meloodia, šokolaadikreemi maitse, piinav hambavalu, armastus lapse vastu, abstraktne mõtlemine ja arusaam, et kõikidel tunnetel on kunagi lõpp.

Teadlased lähevad tasapisi lähemale mõistatuse lahendamisele, mis on pikka aega vaevanud filosoofe. Ja nende teadusuuringute kulminatsiooniks on oodata — struktureeritud töötav teooria teadvusest. Kõige silmapaistvam näide selle teooria rakendamisest on täielik tehisintellekt (see ei välista tehisintellekti tekkimist ilma teadvuse teooriata, vaid juba olemasolevate empiiriliste lähenemiste põhjal tehisintellekti arendamisel)

Enamik teadlasi aktsepteerib teadvust antudena ja püüab mõista selle seost objektiivse maailmaga, mida teadus kirjeldab. Veerandtuhat aastat tagasi otsustasid Francis Crick ja teised kognitiivsed neurobioloogid jätta kõrvale filosoofilised arutelud teadvusest (mis on teadlasi häirinud vähemalt Aristotelese ajast) ja alustada selle füüsiliste jälgede otsimist.

Mis just see äärmiselt erutavas ajukoes tekitab teadlikkuse? Saades sellele vastuse, saavad teadlased lootust läheneda tulemuslikuma probleemi lahendamisele.
Ning eelkõige otsivad neurobioloogid teadlikkuse neuronite korrelate (TKN) — väikseimad neuronimehhanismid, mis koos on piisavad mis tahes konkreetse teadlikkuse kogemuse jaoks aistingutes.

Mis peab ajus toimuma, et sa kogeksid näiteks hambavalu? Kas mõned närvirakud peavad vibratsiooni mingisugusel maagilisel sagedusel? Kas on vaja aktiveerida mingeid erilisi „teadlikkuse neuroneid“? Millistes ajupiirkondades sellised rakud võiksid asuda?

Teadlikkuse neuronite korrelad

TKN määratlemisel on oluline ettepanek „minimaalne“. Ehkki aju tervikuna võib olla TKN — iga päev kutsub ta esile aistingud. Siiski saab asukohta veel täpsemalt määrata. Võtame näiteks seljaaju — 46-sentimeetrise painduva närvikoe toru selgroos, mis sisaldab umbes miljardit närvirakku. Kui seljaaju on vigastuse tõttu täielikult kahjustatud kuni kaela tasemeni, on kannatanu jalad, käed ja keha paralüüsitud, ta ei saa kontrollida soolestikku ja kusepõit ning jääb ilma kehalistest aistingutest. Sellegipoolest jätkavad sellised paralüüsitud inimesed elu tundmist kõikides selle aspektides: nad näevad, kuulevad, haistavad, kogevad emotsioone ja mäletavad nii hästi kui enne traagilist sündmust, mis nende elu täielikult muutis.

Või võtame näiteks väikeaju — „väike aju“ aju tagumises osas. See ajusüsteem, mis on evolutsiooniliselt üks vanimaid, osaleb motoorika, keha asendi ja kõnnaku kontrollimises ning vastutab ka keeruliste liikumissekventside oskusliku täitmise eest.
Klaveri mängimine, klaviatuuril kirjutamine, iluuisutamine või mägironimine — kõigis nendes tegevustes on väikeaju kaasatud. Sellel on kõige kuulsamad neuronid, mida tuntakse kui Purkinje rakud, millel on kombitsad, mis lehvivad nagu merikarbi korall ja sisaldavad keerukat elektrilist dünaamikat. Ja veel sisaldab väikeaju suurimat arvu neuroneid, umbes 69 miljardit (enamasti on need tähtekujulised väikeajurakkude labrotsiidid) — neli korda rohkem, kui kogu aju koos on (pidage meeles — see on oluline hetk).

Mis juhtub teadvusega, kui inimene insuldi või kirurgi noa tõttu osaliselt kaotab väikeaju?

Peaaegu mitte midagi kriitilist teadvuse jaoks!

Sellise kahjustusega patsiendid kurdavad mitme probleemi üle, nagu vähem sujuv klaverimäng või vähem osavad näppimine klaviatuuril, — kuid kunagi mitte teadlikkuse täieliku kaotuse üle.

Täpseim uurimus väikeaju kahjustuste mõjust kognitiivsetele funktsioonidele on ulatuslikult uuritud kontekstis insuldijärgsest väikeaju affektiivsest sündroomist. Kuid isegi nendel juhtudel, peale koordineerimise ja ruumiliste probleemide (üle), on tuvastatud vaid mitte-kriitilisi juhtimise täidesaatvate aspektide häireid, mis on iseloomustatud perserveratsioonide, tähelepanuhäirete ja väheste õppimisvõimekuse vähenemistega.

Ulatuslik väikeaju süsteem ei ole seotud subjektiivsete kogemustega. Miks? Oluline vihje peitub selle neuronivõrgustikus — see on ühtlaselt ja paralleelselt korraldatud.

Väikeaju on praktiliselt täielikult otseülekande ahel: üks neuronite rida toidab järgmist, mis omakorda mõjutab kolmandat. Seal puuduvad tagasiside silmused, mis resonantsiksid elektrilise aktiivsuse raames. Veelgi enam, väikeaju jaguneb funktsionaalselt sadadeks, kui mitte rohkem, sõltumatuteks arvutusmudeliteks. Igaüks neist töötab paralleelselt, eraldatud ja mitte kattuva sisenemise-väljumisega, mis kontrollivad liikumisi või erinevaid motoorseid või kognitiivseid süsteeme. Nad almost ei suhtle üksteisega, samas kui teadvuse puhul — see on veel üks kohustuslik omadus.

Oluline õppetund, mille võib tuua seljaaju ja väikeaju analüüsist, on see, et teadvuse geenius ei sünni niisama lihtsalt igas närvikoes erutuspunktis. On vajalik midagi veel. See lisategur peitub hallaines, mis moodustab kurikuulsa ajukoore — selle välimise pinna. Kõik olemasolevad andmed viitavad sellele, et aistingute tekitamises osalevad neokortikaalsed koed.

Teeme kitsendusi teadlikkuse fookuse asukohale veelgi enam. Võtame näiteks eksperimendid, kus vasakule ja paremale silmale tehakse erinevaid ärritusi. Kujutage ette, et pilt "Lada Priora" on nähtav ainult teie vasakule silmale, samas kui "Tesla S" pilt on nähtav ainult paremale. Võib arvata, et näete uut autot, mis on Lada ja Tesla üksteise peale asetatud. Tegelikult näete mõne sekundi jooksul Lada, seejärel kaob see ja ilmub Tesla — ja seejärel kaob see ning Lada ilmub taas. Kaks pilti vahetavad üksteist lõputus tantsus — teadlased nimetavad seda binookulaarses konkurentsiks või võrkkestade vastasseisuks. Aju saab segast teavet väljastpoolt ja ei suuda otsustada: kas see on Lada või Tesla?

Kui te sel ajal lamate tomograafi sees, mis registreerib aju aktiivsust, tuvastavad teadlased aktiivsuse laias spektris kortikaalsetes piirkondades, mida üldiselt nimetatakse "tagumiseks kuumaks piirkonnaks" (posterior hot zone). Need on pea tagaosas asuvad parietaalsed, kuklalaskesmised ja ajalised piirkonnad, mis mängivad olulist rolli selle jälgimisel, mida me näeme.

Huvitav on see, et esmased nägemiskoor, mis vastuvõtab ja edastab silmadest saadud teavet, ei peegelda seda, mida inimene näeb. Sarnast tööjaotust avastatakse ka kuulmise ja puudutuse puhul: esmased kuulmis- ja esmased somatosensoorilised koorid ei panusta vahetult kuulmis- ja somatosensoorilise kogemuse sisusse. Teadlik tajumine (sealhulgas Lada ja Tesla kujutised) tekivad edasistes töötlemisetappides — tagumises kuumas piirkonnas.

Tuleb välja, et nägemis- ja helipildid ning muud elulised tajumised tekivad aju tagumiste kooride piirkonnas. Nii palju kui neurobioloogid saavad öelda, algavad peaaegu kõik teadlikud kogemised just sealt.

Teadlikkuse näitaja

Nt operatsioonide puhul pannakse patsiendid anesteesiasse, et nad ei liikuks, säilitaksid stabiilse vererõhu, ei kogeks valu ja hiljem ei jääks neil traumatiseerivaid mälestusi. Kahjuks ei õnnestu seda alati saavutada: igal aastal on sadu patsiente anesteesia all mingisuguses teadlikkuse seisundis.

Teine patsiendigrupp, kelle aju on tõsiselt kahjustatud traume, infektsioonide või tõsise mürgituse tõttu, võib aastaid eksisteerida ilma võimaluseta rääkida või reageerida kutsetele. Tõestada, et nad tunnevad elu, on äärmiselt keeruline ülesanne.

Kujutage ette kosmonauti, kes on universumis eksinud ja kuulab kontrollkeskuse katseid temaga ühendust võtta. Riknenud raadio ei edasta tema häält, mistõttu maailm peab teda kadunuks. Umbes nii saab kirjeldada patsiendi lootusetut olukorda, kelle kahjustatud aju on röövinud nende kontakti maailmaga — teatud mõttes äärmuslik üksildus.

2000. aastate alguses kasutasid Wisconsin-Madisoni ülikooli teadlased Julio Tononi ja Marcello Massimini esmakordselt meetodit, mida nimetatakse zap and zip, et määrata, kas inimene on teadvuses või mitte.

Teadlased paigaldasid pea külge kaablihaaval kaetud mähise ja saatsid läbi selle elektrišoki (zap) — tugeva magnetenergia laengu, mis põhjustas lühiajalise elektrivoo. See stimuleeris ja pärssis neuronite rakke seotud piirkondades ning laine resoneerus ajukoores kuni aktiivsus vaibus.

Peale kinnitatud elektroencefalogrammi andurite võrgustiku salvestati elektrilised signaalid. Signaalide järkjärgulise leviku käigus muundati nende jäljed, millest igaühel oli konkreetses punkis ajukolju all, filmiks.

Salvestused ei näidanud mingit tüüpilist algoritmi — kuid ei olnud ka täiesti juhuslikud.

Huvi pakub, et mida ennustatavamad olid sähvivate ja hääbuvate rütmid, seda suurem oli tõenäosus, et aju oli teadvuseta seisundis. Teadlased mõõtsid seda hüpoteesi, kokkusurutud videoandmete abil, kasutades algoritmi, millega arvutifailid ZIP-formaadis arhiveeritakse. Kokkupressimine andis hinnangu aju reaktsiooni keerukusele. Teadvuses olevad vabatahtlikud näitasid "perturbatsioonide keerukuse indeksit" vahemikus 0,31 kuni 0,70, samal ajal kui indeks langes alla 0,31, kui nad olid sügavas unes või anesteezis.

Seejärel katsetas meeskond zip and zap 81 patsiendil, kes viibisid minimalses teadvuses või olid teovõimetud (koomas). Esimeses rühmas, kes näitas mõningaid mittepeegeldava käitumise tunnuseid, näitas meetod õigesti, et 36 38-st on teadvuses. 43 patsiendist, kes olid „köögivilja” seisundis, kellega lähedased haiglavoodil ei saanud kordagi suhtlemist luua, loeti 34 teadvusetuks ja veel üheksa mitte. Nende aju reageeris samamoodi nagu teadvuses olevatel, mis tähendas, et nad olid samuti teadvuses, kuid ei saanud suhelda lähedastega.

Praeguste uuringute eesmärk on standardiseerida ja täiustada meetodit neuroloogilistele patsientidele ning laiendada seda psühhiaatria- ja lastehaiglate patsientidele. Aja jooksul tuvastavad teadlased konkreetsed närvimehhanismid, mis tekitavad kogemusi.

Suure ringiga vajame veenvaid teaduslikke teooriaid teadvuse kohta, mis vastavad küsimusele, millistel tingimustel teatud füüsiline süsteem – olgu see keeruline neuronite ahel või silikoontransistorid – kogeb aistinguid. Ja miks aistingute kvaliteet erineb? Miks puhas sinine taevas tundub teistsugune kui halvasti häälestatud viiuli kriuks? Kas nende aistingute erinevustel on mingi kindel funktsioon? Kui on, siis mis? Teooria võimaldab prognoosida, millised süsteemid suudavad midagi kogeda. Teooria puudumise korral, millel on katsetatavad ennustused, põhineb igasugune järeldus masinate teadvuse teemal ainult meie sisetunne, milles, nagu ajalugu on näidanud, tuleks ettevaatlik olla.

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

Esiteks väidavad nad, et kui inimene midagi tajub, saavad sellele teabele ligipääsu mitmed erinevad aju piirkonnad. Kui aga inimene toimib teadvustamatult, lokaliseeritakse teave konkreetsesse meelelis-motoorse süsteemi (tundelis-motoorne). Näiteks, kui te kiiresti kirjutate, teete seda automaatselt. Kui teilt küsitakse, kuidas te seda teete, ei suuda te vastata, kuna teil on sellele teabele piiratud ligipääs, mis lokaliseeritakse närviradades, mis seovad silmi sõrmede kiirete liikumistega.

Globaalne kättesaadavus tekitab vaid ühe teadvuse voolu, kuna kui mõni protsess on ligipääsetav kõigile teistele protsessidele, on see nende kõikide jaoks kergesti kättesaadav – kõik on omavahel seotud. Nii toimub alternatiivsete kujutiste mahasurumise mehhanism.
Selline teooria selgitab hästi erinevaid vaimuhaigusi, kus üksikute funktsionaalsete keskustes toimuvad talitlushäired, mis on seotud neuronite aktiivsuse mustritega (või kogu aju piirkonnaga), moonutavad üldist „töötava ruumi” voogu, moonutades seeläbi pilti võrreldes „normaalse” seisundiga (terve inimene).

Teel fundamentaalse teooria poole

GWT teooria väidab, et teadvus tuleneb teatud tüüpi teabe töötlemisest: me teame seda juba alates tehisintellekti tekkest, kui spetsiaalsed programmid said ligipääsu väikesele avalikult kättesaadavale andmehoidla. Igasugune teave, mis on sisse kirjutatud „teavitustahvlile”, sai kergesti kättesaadavaks tervele hulgale toimetamisprotsessidele – operatiivmälu, keel, planeerimismodul, näo ja objektide tuvastamine jne. Vastavalt sellele teooriale tekib teadvus, kui tahvlile kirjutatud sisenev sensoorne teave edastatakse paljudele kognitiivsetele süsteemidele — ning need töötlevad andmeid kõne süntesaatori, mälu salvestamise või tegevuse sooritamise jaoks.

Kuna sellise teavitustahvli ruum on piiratud, saame igal konkreetsel hetkel käsitleda vaid väikest kogust teavet. Neuronite võrk, mis edastab neid sõnumeid, asub eeldatavasti eesmises ja parietaalses ajukoores.

Kui need nappid (erakordsed) andmed edastatakse võrku ja muutuvad avalikuks, muutub teave teadlikuks. See tähendab, et subjekt on sellest teadlik. Kaasaegsed masinad ei ole veel sellise kognitiivse keerukuse tasemeni jõudnud, kuid see on vaid aja küsimus.

Teooria „GWT“ väidab, et tuleviku arvutid saavad olema teadlikud.

Üldine teooria teadvusest (IIT), mille on välja töötanud Tononi ja tema kaastöötajad, kasutab täiesti erinevat lähtepunkti – kogemusi endid. Igal kogemusel on oma erilised võtmeomadused. See on immanentne, eksisteerib ainult subjekti, kui „omaniku“ jaoks; see on struktureeritud (kollane takso pidurdab, samal ajal kui pruun koer jookseb üle tee); ja see on konkreetne – erineb igast teisest teadlikust kogemusest nagu eraldi kaader filmis. Lisaks on see terviklik ja määratletud. Kui sooja selgena päeval istute pargis pingil ja vaatate laste mängu, siis erinevaid kogemuse elemente – tuule laperdavad juuksed, rõõmu tunne laste naerust – ei saa üksteisest eraldada, ilma et kogemus lakkaks olemast see, mis see on.

Tononi postuleerib, et sellised omadused – see tähendab mingisugune teadlikkuse tase – on igal keerukal ja seostatud mehhanismil, mille struktuuris on kodeeritud hulk põhjuslikke seoseid. Seda tuntakse kui midagi, mis tuleb seest.

Ent kui mehhanismil, nagu väikeajus, puudub keerukus ja seotuse tase, siis ei ole tal teadlikkust. Nagu see teooria ütleb,

teadvus on lahutamatu juhuslik võime, mis on seotud selliste keerukate mehhanismidega nagu inimaju.

Teooria järeldab, et keerulise, omavahel seotud struktuuri aluseks on üks mitte-negatiivne arv Φ (hääldatakse 'fy'), mis kvantitatiivselt väljendab seda teadlikkust. Kui Φ on null, siis süsteem ei teadvusta ennast üldse. Vastupidi, mida suurem on number, seda suurema sisemise juhusliku jõu omab süsteem ja seda teadvuslikum ta on. Aju, millel on tohutu ja kõrgspetsiifiline seos, omab väga kõrget Φ, mis viitab kõrgele teadlikkuse tasemele. Teooria selgitab erinevaid fakte: näiteks, miks väikeaju ei osale teadlikkuses või miks zip ja zap loendur tõeliselt töötab (loenduri näidatud numbrid on Φ karmi lähenemise kohaselt).

Teooria 'IIT' ennustab, et arenenud inimmõistuse simuleerimine digitaalses arvutis ei saa olema teadlik - isegi kui selle kõne ei saa eristada inimkõnest. Nagu simuleerimine suurtest musta augu gravitatsioonijõududest ei deformeeri ruumi-aega selle arvuti kasutamise ümber, programmeeritud teadlikkus ei sünnita teadlikku arvutit. Giulio Tononi ja Marcello Massimini, ajakiri 'Nature' 557, S8-S12 (2018)

Vastavalt IIT-le ei saa teadlikkust arvutada ja mõõta: see peab olema süsteemi struktuuri sisse ehitatud.

Kaasaegsete neurobioloogide peamine ülesanne on kasutada neile kergesti kätte saadavaid üha täiuslikumaid tööriistu mitmekesiste neuronite lõpmatute ühenduste uurimiseks, mis moodustavad aju, et edendada teadlikkuse närviteede kaarte. Arvestades kesknärvisüsteemi segadust, võtavad need aastakümneid. Ja lõpuks formuleerida põhiteooria olemasolevate fragmentide põhjal. Teooria, mis selgitab meie eksistentsi peamist mõistatus: kuidas organ, mille kaal on 1,36 kg ja koostiselt meenutab sojatoodet, kehastab endas elutunnet.

Üks huvitavamaid rakendusi sellest uuest teooriast, minu arvates, on võimalus luua teadvusega tehisintellekt, millel on kõige tähtsam - aistingud. Veelgi enam, teadlikkuse fundamentaalne teooria võimaldab välja töötada meetodeid ja teid inimese kognitiivsete võimete kiirema evolutsiooni rakendamiseks. Tuleviku inimene.

Peamine allikas

Allikas: habr.com