Vers une théorie fondamentale de la conscience

L'origine et la nature des expériences conscientes - parfois appelées par le mot latin Qualia - sont restés un mystère pour nous depuis le début de l'Antiquité jusqu'à récemment. De nombreux philosophes de la conscience, y compris les philosophes modernes, considèrent l’existence de la conscience comme une contradiction tellement inacceptable de ce qu’ils croient être un monde de matière et de vide qu’ils la déclarent illusoire. En d’autres termes, soit ils nient l’existence des qualia en principe, soit ils prétendent qu’ils ne peuvent pas être étudiés de manière significative par la science.

Si ce jugement était vrai, cet article serait très court. Et il n'y aurait rien sous la coupe. Mais il y a quelque chose là...

Si la conscience ne peut pas être comprise à l’aide des outils scientifiques, il suffirait d’expliquer pourquoi vous, moi et presque tout le monde sommes si sûrs que nous avons des sentiments. Cependant, une mauvaise dent m'a donné du gumboil. Un argument sophistiqué pour me convaincre que ma douleur est illusoire ne me soulagera pas d’un iota de cette douleur. Je n’ai aucune sympathie pour une interprétation aussi sans issue de la connexion entre l’âme et le corps, alors je vais peut-être continuer.

La conscience est tout ce que vous ressentez (par le biais des apports sensoriels) puis expérimentez (par le biais de la perception et de la compréhension).

Une mélodie coincée dans votre tête, le goût d'un dessert au chocolat, un mal de dents ennuyeux, l'amour pour un enfant, une pensée abstraite et la compréhension qu'un jour toutes les sensations prendront fin.

Les scientifiques se rapprochent progressivement de la résolution d’un mystère qui inquiète depuis longtemps les philosophes. Et le point culminant de cette recherche scientifique devrait être une théorie structurée et fonctionnelle de la conscience. L'exemple le plus frappant de l'application de cette théorie est l'IA à part entière (cela n'exclut pas la possibilité de l'émergence de l'IA sans théorie de la conscience, mais sur la base d'approches empiriques déjà existantes dans le développement de l'IA)

La plupart des scientifiques acceptent la conscience comme un acquis et s'efforcent de comprendre son lien avec le monde objectif décrit par la science. Il y a un quart de siècle, Francis Crick et les autres neuroscientifiques cognitifs a décidé de mettre de côté les discussions philosophiques sur la conscience (qui préoccupent les scientifiques au moins depuis l'époque d'Aristote) et de se lancer à la place à la recherche de ses traces physiques.

Qu’y a-t-il exactement dans la partie hautement excitable de la matière cérébrale qui donne naissance à la conscience ? En apprenant cela, les scientifiques peuvent espérer se rapprocher de la résolution d’un problème plus fondamental.
Les neuroscientifiques recherchent en particulier les corrélats neuronaux de la conscience (NCC) - les plus petits mécanismes neuronaux collectivement suffisants pour toute expérience consciente particulière de sensation.

Que doit-il se passer dans le cerveau pour que vous ayez mal aux dents, par exemple ? Certaines cellules nerveuses sont-elles censées vibrer à une fréquence magique ? Devons-nous activer des « neurones de conscience » spéciaux ? Dans quelles zones du cerveau de telles cellules pourraient-elles être localisées ?

Corrélats neuronaux de la conscience

Dans la définition de NKS, la clause « minimale » est importante. Après tout, le cerveau dans son ensemble peut être considéré comme le NCS : jour après jour, il génère des sensations. Et pourtant, l'emplacement peut être désigné avec encore plus de précision. Prenons l’exemple de la moelle épinière, le tube flexible de tissu nerveux de 46 centimètres situé à l’intérieur de la colonne vertébrale et qui contient environ un milliard de cellules nerveuses. Si la blessure entraîne des dommages complets à la moelle épinière jusqu'au cou, la victime sera paralysée des jambes, des bras et du torse, n'aura plus le contrôle des intestins ou de la vessie et sera privée de sensations corporelles. Néanmoins, ces paraplégiques continuent de vivre la vie dans toute sa diversité : ils voient, entendent, sentent, ressentent des émotions et se souviennent comme avant que l'incident tragique ne change radicalement leur vie.

Ou prenez le cervelet, le « petit cerveau » situé à l’arrière du cerveau. Ce système cérébral, l'un des plus anciens en termes d'évolution, est impliqué dans le contrôle des capacités motrices, de la posture corporelle et de la démarche, et est également responsable de l'exécution adroite de séquences complexes de mouvements.
Jouer du piano, taper sur un clavier, faire du patinage artistique ou de l'escalade : toutes ces activités impliquent le cervelet. Il est équipé des neurones les plus célèbres appelés cellules de Purkinje, qui ont des vrilles qui flottent comme une gorgone de corail et abritent une dynamique électrique complexe. Le cervelet contient également le plus grand nombre de neurones, environ 69 milliards (il s'agit pour la plupart de mastocytes cérébelleux en forme d'étoile) - quatre fois plusque l’ensemble du cerveau réuni (rappelez-vous, c’est un point important).

Qu’arrive-t-il à la conscience si une personne perd partiellement le cervelet à la suite d’un accident vasculaire cérébral ou sous le bistouri d’un chirurgien ?

Oui, presque rien de critique pour la conscience !

Les patients présentant ces lésions se plaignent de quelques problèmes, comme jouer du piano moins couramment ou taper sur un clavier, mais jamais de perte complète d'un quelconque aspect de leur conscience.

L'étude la plus détaillée sur les effets des lésions cérébelleuses sur la fonction cognitive, étudiée de manière approfondie dans le contexte de syndrome affectif cérébelleux post-AVC. Mais même dans ces cas, outre les problèmes de coordination et d'espace (ci-dessus), seules des violations non critiques des aspects exécutifs de la gestion, caractérisées par persévérances, la distraction et une légère diminution de la capacité d'apprentissage.

L'appareil cérébelleux étendu n'a aucun rapport avec les expériences subjectives. Pourquoi? Son réseau neuronal contient un indice important : il est extrêmement uniforme et parallèle.

Le cervelet est presque entièrement un circuit de rétroaction : une rangée de neurones alimente la suivante, qui à son tour influence la troisième. Il n’y a pas de boucles de rétroaction qui résonnent dans l’activité électrique. De plus, le cervelet est fonctionnellement divisé en centaines, voire plus, de modules de calcul indépendants. Chacun fonctionne en parallèle, avec des entrées et des sorties distinctes et sans chevauchement qui contrôlent le mouvement ou différents systèmes moteurs ou cognitifs. Ils n’interagissent pratiquement pas entre eux, alors que dans le cas de la conscience, c’est une autre caractéristique indispensable.

La leçon importante que l’on peut tirer de l’analyse de la moelle épinière et du cervelet est que le génie de la conscience ne naît pas si facilement à aucun moment d’excitation du tissu nerveux. Il faut autre chose. Ce facteur supplémentaire réside dans la matière grise qui constitue le fameux cortex cérébral – sa surface externe. Toutes les preuves disponibles indiquent que les sensations impliquent néocortical tissu.

Vous pouvez réduire encore plus la zone où se situe le foyer de la conscience. Prenons, par exemple, des expériences dans lesquelles les yeux droit et gauche sont exposés à des stimuli différents. Imaginez qu'une photo d'une Lada Priora ne soit visible qu'à votre œil gauche et qu'une photo d'une Tesla S ne soit visible qu'à votre droite. Nous pouvons supposer que vous verrez une nouvelle voiture issue de superpositions de Lada et de Tesla les unes sur les autres. En fait, vous verrez Lada pendant quelques secondes, après quoi il disparaîtra et Tesla apparaîtra - puis elle disparaîtra et Lada réapparaîtra. Deux images se remplaceront dans une danse sans fin – les scientifiques appellent cela une compétition binoculaire ou une compétition rétinienne. Le cerveau reçoit des informations ambiguës de l’extérieur et il ne peut pas décider : est-ce une Lada ou une Tesla ?

Lorsque vous vous allongez à l’intérieur d’un scanner cérébral, les scientifiques détectent une activité dans un large éventail de zones corticales, collectivement appelées zone chaude postérieure. Ce sont les régions pariétales, occipitales et temporales de l’arrière du cerveau, et elles jouent le rôle le plus important dans le suivi de ce que nous voyons.

Il est intéressant de noter que le cortex visuel primaire, qui reçoit et transmet les informations provenant des yeux, ne reflète pas ce qu’une personne voit. Une division similaire du travail est également observée dans le cas de l’audition et du toucher : les cortex auditif primaire et somatosensoriel primaire ne contribuent pas directement au contenu de l’expérience auditive et somatosensorielle. La perception consciente (y compris les images de Lada et Tesla) donne lieu aux étapes ultérieures de traitement - dans la zone chaude arrière.

Il s’avère que les images visuelles, les sons et autres sensations de la vie proviennent du cortex postérieur du cerveau. Pour autant que les neuroscientifiques puissent le constater, presque toutes les expériences conscientes proviennent de là.

Compteur de sensibilisation

Lors d'opérations, par exemple, les patients sont placés sous anesthésie afin qu'ils ne bougent pas, maintiennent une tension artérielle stable, ne ressentent pas de douleur et n'aient par conséquent pas de souvenirs traumatisants. Malheureusement, cela n'est pas toujours réalisé : chaque année, des centaines de patients sous anesthésie sont conscients à un degré ou à un autre.

Une autre catégorie de patients présentant de graves lésions cérébrales à la suite d'un traumatisme, d'une infection ou d'un empoisonnement grave peut vivre des années sans pouvoir parler ni répondre aux appels. Prouver qu'ils expérimentent la vie est une tâche extrêmement difficile.

Imaginez un astronaute perdu dans l'univers, écoutant le contrôle de mission essayant de le contacter. La radio cassée ne diffuse pas sa voix, c'est pourquoi le monde le considère comme disparu. C'est en gros ainsi que l'on pourrait décrire la situation désespérée des patients dont le cerveau endommagé les a privés de contact avec le monde - une sorte de forme extrême d'isolement cellulaire.

Au début des années 2000, Giulio Tononi de l'Université du Wisconsin-Madison et Marcello Massimini ont mis au point une méthode appelée zapper et zipperpour déterminer si une personne est consciente ou non.

Les scientifiques ont appliqué une bobine de fils gainés sur la tête et ont envoyé un choc (zap) - une forte charge d'énergie magnétique qui a provoqué un courant électrique à court terme. Cela a excité et inhibé les cellules neuronales partenaires dans les régions connectées du circuit, et l’onde a résonné dans tout le cortex cérébral jusqu’à ce que l’activité s’éteigne.

Un réseau de capteurs d'électroencéphalogramme montés sur la tête enregistrait des signaux électriques. Au fur et à mesure que les signaux se propageaient, leurs traces, correspondant chacune à un point précis sous la surface du crâne, se transformaient en un film.

Les enregistrements ne démontraient aucun algorithme typique – mais ils n’étaient pas non plus complètement aléatoires.

Il est intéressant de noter que plus les rythmes de marche et d’arrêt étaient prévisibles, plus il était probable que le cerveau soit inconscient. Les scientifiques ont mesuré cette hypothèse en compressant les données vidéo à l'aide d'un algorithme utilisé pour archiver les fichiers informatiques au format ZIP. La compression a permis d'évaluer la complexité de la réponse du cerveau. Les volontaires conscients présentaient un « indice de complexité de perturbation » de 0,31 à 0,70, l’indice tombant en dessous de 0,31 s’ils étaient dans un état de sommeil profond ou sous anesthésie.

L’équipe a ensuite testé le zip et le zap sur 81 patients qui étaient soit peu conscients, soit inconscients (dans le coma). Dans le premier groupe, qui présentait des signes de comportement irréfléchi, la méthode a montré correctement que 36 sur 38 étaient conscients. Sur les 43 patients dans un état « végétal » avec lesquels les proches qui se trouvaient à la tête du lit d'hôpital n'ont jamais pu établir de communication, 34 ont été classés comme inconscients et neuf autres ne l'ont pas été. Leur cerveau réagissait de la même manière que celui de ceux qui étaient conscients, ce qui signifie qu’ils étaient également conscients mais incapables de communiquer avec leur famille.

Les recherches actuelles visent à standardiser et à améliorer la technique pour les patients neurologiques, ainsi qu'à l'étendre aux patients des services psychiatriques et pédiatriques. Au fil du temps, les scientifiques identifieront l’ensemble spécifique de mécanismes neuronaux qui donnent lieu à des expériences.

En fin de compte, nous avons besoin d’une théorie scientifique convaincante de la conscience qui répondra à la question dans quelles conditions un système physique donné – qu’il s’agisse d’une chaîne complexe de neurones ou de transistors en silicium – éprouve des sensations. Et pourquoi la qualité de l’expérience est-elle différente ? Pourquoi un ciel bleu clair est-il différent du son d'un violon mal accordé ? Ces différences de sensations ont-elles une fonction spécifique ? Si oui, lequel ? La théorie nous permettra de prédire quels systèmes seront capables de détecter quelque chose. En l’absence d’une théorie avec des prédictions vérifiables, toute déduction sur la conscience machine repose uniquement sur notre instinct, qui, comme l’histoire de la science l’a montré, doit être considéré avec prudence.

L'une des principales théories de la conscience est la théorie espace de travail neuronal global (GWT), proposée par le psychologue Bernard Baars et les neuroscientifiques Stanislas Dean et Jean-Pierre Changeux.

Pour commencer, ils soutiennent que lorsqu’une personne est consciente de quelque chose, de nombreuses zones différentes du cerveau accèdent à cette information. Alors que si une personne agit inconsciemment, l'information est localisée dans le système sensori-moteur spécifique (sensoriel-moteur) impliqué. Par exemple, lorsque vous tapez rapidement, vous le faites automatiquement. Si on vous demande comment vous faites cela, vous ne pourrez pas répondre car vous avez un accès limité à ces informations, localisées dans les circuits neuronaux qui relient les yeux aux mouvements rapides des doigts.

L'accessibilité globale ne génère qu'un seul flux de conscience, car si un processus est accessible à tous les autres processus, alors il est accessible à tous - tout est connecté à tout. C'est ainsi qu'est mis en œuvre le mécanisme de suppression des images alternatives.
Cette théorie explique bien toutes sortes de troubles mentaux, où les défaillances de centres fonctionnels individuels, reliés par des modèles d'activité neuronale (ou une zone entière du cerveau), introduisent des distorsions dans le flux général de « l'espace de travail », déformant ainsi l'image par rapport à l'état « normal » (d'une personne en bonne santé) .

En route vers une théorie fondamentale

La théorie GWT affirme que la conscience découle d’un type particulier de traitement de l’information : elle nous est familière depuis l’aube de l’IA, lorsque des programmes spéciaux avaient accès à un petit magasin de données accessible au public. Toute information enregistrée sur le « tableau d'affichage » est devenue disponible pour un certain nombre de processus auxiliaires - mémoire de travail, langage, module de planification, reconnaissance de visages, d'objets, etc. Selon cette théorie, la conscience apparaît lorsque les informations sensorielles entrantes enregistrées sur le tableau sont transmis dans de nombreux systèmes cognitifs - et ils traitent les données pour la reproduction de la parole, le stockage en mémoire ou l'exécution d'actions.

L'espace disponible sur un tel tableau d'affichage étant limité, nous ne pouvons disposer à tout moment que d'une petite quantité d'informations. Le réseau de neurones qui transmettent ces messages serait situé dans les lobes frontaux et pariétaux.

Une fois que ces données rares (éparpillées) sont transférées sur le réseau et deviennent accessibles au public, l'information devient consciente. Autrement dit, le sujet en est conscient. Les machines modernes n’ont pas encore atteint ce niveau de complexité cognitive, mais ce n’est qu’une question de temps.

La théorie « GWT » affirme que les ordinateurs du futur seront conscients

La théorie générale de l'information sur la conscience (TII), développée par Tononi et ses associés, utilise un point de départ très différent : les expériences elles-mêmes. Chaque expérience a ses propres caractéristiques clés. Il est immanent, n'existant que pour le sujet en tant que « maître » ; elle est structurée (un taxi jaune ralentit tandis qu'un chien marron traverse la rue en courant) ; et c'est concret, différent de toute autre expérience consciente, comme une image séparée dans un film. De plus, il est solide et défini. Lorsque vous êtes assis sur un banc de parc par une journée chaude et claire et que vous regardez des enfants jouer, les différents éléments de l'expérience (le vent qui souffle dans vos cheveux, la joie des petits qui rient) ne peuvent être séparés les uns des autres sans que l'expérience ne cesse. être ce qu'il est.

Tononi postule que de telles propriétés - c'est-à-dire un certain niveau de conscience - possèdent un mécanisme complexe et couplé, dans la structure duquel un ensemble de relations de cause à effet est crypté. Cela ressemblera à quelque chose venant de l’intérieur.

Mais si, comme le cervelet, le mécanisme manque de complexité et de connectivité, il ne se rendra compte de rien. Comme le dit cette théorie,

la conscience est une capacité inhérente et contingente associée à des mécanismes complexes tels que le cerveau humain.

La théorie tire également de la complexité de la structure interconnectée sous-jacente un seul nombre non négatif Φ (prononcé « fy »), qui quantifie cette prise de conscience. Si F est nul, le système n’a pas du tout conscience de lui-même. À l’inverse, plus le nombre est grand, plus le pouvoir aléatoire inhérent au système est grand et plus il est conscient. Le cerveau, caractérisé par une connectivité énorme et hautement spécifique, a un F très élevé, ce qui implique un niveau de conscience élevé. La théorie explique divers faits : par exemple, pourquoi le cervelet n'est pas impliqué dans la conscience ou pourquoi le compteur zip et zap fonctionne réellement (les nombres produits par le compteur sont F dans une approximation approximative).

La théorie de l’IIT prédit qu’une simulation informatique numérique avancée du cerveau humain ne peut pas être consciente, même si sa parole est impossible à distinguer de la parole humaine. Tout comme la simulation de l'attraction gravitationnelle massive d'un trou noir ne déforme pas le continuum espace-temps autour de l'ordinateur utilisant le code, programmé la conscience ne donnera jamais naissance à un ordinateur conscient. Giulio Tononi et Marcello Massimini, Nature 557, S8-S12 (2018)

Selon l'IIT, la conscience ne peut pas être calculée et calculée : elle doit être intégrée à la structure du système.

La tâche principale des neuroscientifiques modernes est d’utiliser les outils de plus en plus sophistiqués dont ils disposent pour étudier les connexions infinies des divers neurones qui forment le cerveau, afin de mieux délimiter les traces neuronales de la conscience. Compte tenu de la structure complexe du système nerveux central, cela prendra des décennies. Et enfin formuler une théorie de base basée sur des fragments existants. Une théorie qui expliquera l'énigme principale de notre existence : comment un organe qui pèse 1,36 kg et dont la composition est similaire au tofu incarne le sens de la vie.

L’une des applications les plus intéressantes de cette nouvelle théorie, à mon avis, est la possibilité de créer une IA dotée d’une conscience et, surtout, de sensations. De plus, la théorie fondamentale de la conscience nous permettra de développer des méthodes et des moyens de mettre en œuvre une évolution plus rapide des capacités cognitives humaines. L'homme - l'avenir.

Source principale

Source: habr.com