意識の基礎理論に向けて

意識的経験の起源と性質 - ラテン語で呼ばれることもあります クオリア — 古代の初めから最近まで私たちにとって謎でした。 現代の哲学者も含め、多くの意識哲学者は、意識の存在は、物質と空虚の世界であると彼らが信じているものに対する受け入れがたい矛盾であると考えており、それは幻想であると宣言しています。 言い換えれば、彼らはクオリアの存在を原理的に否定するか、科学によって有意義に研究することはできないと主張します。

この判決が真実であれば、この記事は非常に短いものになるでしょう。 そして、カットの下には何もありません。 しかし、そこには何かがある…

科学という道具を使って意識を理解することが不可能であるなら、なぜあなたや私、そして他のほとんどすべての人が私たちには感情があると確信しているのかを説明するだけで十分でしょう。 しかし、歯が悪かったためにフラックスを引き起こしました。 私の痛みは幻想であると私に納得させる高度な議論は、私をこの苦しみから少しも救うことはできません。 私は魂と肉体の関係についてのそのような行き止まりの解釈には共感できないので、おそらく続けるでしょう。

意識とは、あなたが（感覚器官からの情報に基づいて）感じ、（知覚と理解を通じて）経験するすべてのものです。

頭から離れないメロディー、チョコレートデザートの味、退屈な歯痛、子供への愛、抽象的な思考、そしていつかすべての感覚が終わるという理解。

科学者たちは、哲学者たちを長年悩ませてきた謎の解決に徐々に近づいている。 そして、この科学研究の集大成として、構造化された意識の実用理論が期待されています。 この理論を適用した最も顕著な例は、本格的な AI です (これは、意識理論なしで AI が出現する可能性を排除するものではありませんが、AI の開発における既存の経験的アプローチに基づいています)。

ほとんどの科学者は意識を当然のこととして捉えており、科学が記述する客観的な世界と意識のつながりを理解しようと努めています。 四半世紀前のフランシス・クリックら 認知神経科学者 彼らは意識についての哲学的議論（少なくともアリストテレスの時代から科学者たちの関心を集めてきた）を脇に置き、その代わりにその物理的な痕跡の探索に乗り出すことにした。

延髄の非常に興奮しやすい部分の何が意識を生成しているのでしょうか? これを知ることで、科学者はより根本的な問題の解決に近づくことが期待できます。
特に、神経科学者は意識の神経相関（NCC）を探しています- あらゆる特定の意識的な感覚体験に集合的に十分な最小の神経機構。

たとえば歯痛を感じるには、脳の中で何が起こっているはずでしょうか? 一部の神経細胞は何らかの魔法の周波数で振動すると考えられているのでしょうか? 何か特別な「意識のニューロン」を活性化する必要があるのでしょうか？ そのような細胞は脳のどの領域に存在すると考えられますか?

意識の神経相関

NKS の定義では、「最小限」という条項が重要です。 結局のところ、脳全体が NCS であると考えることができ、日々感覚を生み出します。 さらに正確に位置を特定することができます。 脊髄は、脊椎内部にある神経組織の 46 センチメートルの柔軟な管で、約 XNUMX 億個の神経細胞が含まれています。 怪我の結果、脊髄が頸部まで完全に損傷した場合、被害者は脚、腕、胴体が麻痺し、腸と膀胱を制御できなくなり、生命を奪われます。身体の感覚。 それにもかかわらず、そのような麻痺者は、あらゆる多様性の中で人生を経験し続けています。彼らは、悲劇的な事件によって人生が根本的に変わってしまう前と同じように、見たり、聞いたり、匂いを嗅いだり、感情を経験したり、記憶したりしています。

あるいは、脳の後ろにある「小さな脳」である小脳を考えてみましょう。 この脳システムは、進化という意味で最も古いものの XNUMX つで、運動能力、体の位置、歩行の制御に関与しており、複雑な一連の動きを巧みに実行する役割も担っています。
ピアノを弾く、キーボードを打つ、フィギュアスケートやロッククライミングなど、これらすべての活動には小脳が関係します。 プルキンエ細胞と呼ばれる最も有名なニューロンが装備されており、サンゴウミウチワのようにうねる巻きひげを持ち、複雑な電気力学を蓄えています。 小脳にも含まれています 最大数のニューロン、約69億個（主に星型の小脳肥満細胞） - XNUMX倍以上脳全体を組み合わせたものよりも優れています（これは重要な点ですので覚えておいてください）。

脳卒中や外科医のナイフによって小脳を部分的に失った場合、意識はどうなるのでしょうか?

はい、意識にとって重要なことはほとんどありません。

この損傷を負った患者は、ピアノの演奏が流暢でなくなったり、キーボードのタイピングが器用でなくなったりするなど、いくつかの問題を訴えますが、意識が完全に失われることはありません。

小脳損傷が認知機能に及ぼす影響に関する最も詳細な研究は、次のような状況で広範囲に研究されています。 脳卒中後小脳感情症候群。 しかし、このような場合でも、（上記の）調整空間の問題に加えて、管理の執行面に対する重大ではない違反のみが発生します。 忍耐、ぼんやりし、学習能力がわずかに低下します。

広範な小脳装置は主観的な経験とは何の関係もありません。 なぜ？ 重要な手がかりは彼のニューラルネットワークに含まれています - それは非常に均一で並列です。

小脳はほぼ完全にフィードフォワード回路です。XNUMX つのニューロン セットが次のニューロンに信号を送り、さらにそのニューロンが XNUMX 番目のニューロンに信号を送ります。 電気的活動に関して前後に共振するフィードバック ループはありません。 さらに、小脳は機能的に数百、あるいはそれ以上の独立した計算モジュールに分割されています。 それらのそれぞれは、動きや異なる運動シ​​ステムや認知システムを制御する個別の重複しない入力と出力を使用して並行して動作します。 それらは互いにほとんど相互作用しませんが、意識の場合、これも不可欠な特性です。

脊髄と小脳の分析から得られる重要な教訓は、天才的な意識は神経組織が興奮する場所ではそう簡単には生まれないということです。 何か別のものが必要です。 この追加の要因は、悪名高い大脳皮質、つまりその外表面を構成する灰白質にあります。 利用可能なすべての証拠は、感覚が以下によって生成されることを示しています。 新皮質 組織。

意識の中心の位置の領域をさらに狭めることが可能です。 たとえば、右目と左目に異なる刺激を与える実験を考えてみましょう。 Lada Priora の写真は左目にのみ見え、Tesla S の写真は右目にのみ見えると想像してください。 Lada と Tesla の新車が重なって表示されると考えられます。 実際、数秒間ラダが表示され、その後彼は消え、テスラが現れます。そして彼女は消え、ラダが再び現れます。 XNUMX つの写真は無限のダンスのように交互に表示されます。科学者はこれを両眼の競争、または網膜の競争と呼んでいます。 脳は外部から曖昧な情報を受け取るため、「ラーダかテスラか」を判断できません。

脳の活動を記録するCTスキャナーの中に横たわっている場合、科学者は、総称して「後部ホットゾーン」（後部ホットゾーン）と呼ばれる広範囲の皮質領域の活動を検出できます。 これらは後皮質の頭頂、後頭、側頭の領域であり、私たちが見ているものを追跡する上で最も重要な役割を果たします。

興味深いことに、目から情報を送受信する一次視覚野は、人が見ているものを反映しません。 同様の分業は聴覚と触覚の場合にも観察されます。一次聴覚野と一次体性感覚皮質は、聴覚と体性感覚の経験の内容に直接寄与しません。 意識的な知覚 (ラーダとテスラのイメージを含む) は、後続の処理段階、つまりバック ホット ゾーンによって生成されます。

視覚的なイメージ、音、その他の生命感覚は脳の後部皮質内で発生することが判明しました。 神経科学者が知る限り、ほとんどすべての意識経験はそこから始まります。

意識向上カウンター

たとえば、手術の場合、患者は動かず、安定した血圧を維持し、痛みを感じず、その後トラウマ的な記憶を残さないように麻酔をかけられます。 残念ながら、これは常に可能であるとは限りません。毎年、麻酔の影響下にある何百人もの患者が程度の差はありますが、意識はあります。

外傷、感染症、または重度の中毒の結果として重度の脳損傷を負った別のカテゴリーの患者は、会話や呼びかけに応じることができずに何年も存続する可能性があります。 彼らが人生を感じていることを証明するのは非常に難しい仕事です。

宇宙で迷った宇宙飛行士が、管制局が連絡を取ろうとしているのを聞いているところを想像してみてください。 壊れたラジオでは彼の声は放送されず、そのため世界は彼が行方不明であると考えています。 このようなものは、損傷した脳により外界との接触を奪われた患者の絶望的な状況、つまり一種の極端な独房監禁を描写することになるだろう。

2000 年代初頭、ウィスコンシン大学マディソン校のジュリオ・トノーニとマルチェロ・マッシミニは、 ジップとジップ人に意識があるかどうかを判断するため。

科学者たちは、被覆ワイヤのコイルを頭に当て、短期間の電流を引き起こす強力な磁気エネルギーの爆発である電気ショック (ザップ) を送りました。 これにより、回路の接続領域にあるニューロンのパートナー細胞が興奮および抑制され、その活動が消えるまで波が大脳皮質に共鳴しました。

頭に取り付けられた脳波センサーのネットワークが電気信号を記録しました。 信号が徐々に広がるにつれて、それぞれが頭蓋骨の表面下の特定の点に対応する信号の軌跡が映画に変換されました。

録音には典型的なアルゴリズムは示されていませんでしたが、完全にランダムでもありませんでした。

興味深いことに、点滅と消灯のリズムが予測可能であればあるほど、脳が無意識である可能性が高くなります。 科学者たちは、コンピュータ ファイルを ZIP 形式でアーカイブするアルゴリズムを使用してビデオ データを圧縮することで、この仮定を測定しました。 圧縮により、脳の反応の複雑さを推定することができました。 意識のあるボランティアの「混乱複雑さ指数」は0,31～0,70で、深い睡眠中または麻酔下にある場合、指数は0,31を下回った。

次にチームは、意識がほとんどない、または精神異常者（昏睡状態）の患者 81 人に対して zip と zap をテストしました。 非反射的な行動の兆候が見られた最初のグループでは、この方法は 36 人中 38 人が意識があることを正確に示しました。 病院のベッドの先頭にいる親族と意思疎通が一度も確立できていない「植物状態」の患者43人のうち、34人は意識不明と分類され、さらにXNUMX人は意識不明と分類された。 彼らの脳は意識のある人々と同様に反応しました。つまり、彼らも意識はありましたが、愛する人とコミュニケーションをとることができませんでした。

現在の研究は、神経疾患患者向けの技術を標準化および改善するだけでなく、精神科や小児科の患者にもそれを拡張することを目的としています。 時間が経つにつれて、科学者は経験を生み出す特定の神経メカニズムを特定するでしょう。

結局のところ、私たちに必要なのは、特定の物理システム（ニューロンやシリコントランジスタの複雑な回路）がどのような条件下で感覚を経験するのかという疑問に答える、説得力のある科学的な意識理論です。 そして、体験の質が異なるのはなぜでしょうか? 澄んだ青空と、調律の悪いヴァイオリンのガサガサ音が違うのはなぜでしょうか? この感覚の違いには何か特別な機能があるのでしょうか？ もしそうなら、どれですか? この理論により、どのシステムが何かを感知できるかを予測できるようになります。 検証可能な予測を備えた理論が存在しない場合、機械の心についての結論は、科学の歴史が慎重に信頼する必要があることを示している、私たちの直感にのみ基づいています。

意識に関する主要な理論の XNUMX つは次の理論です。 グローバル ニューラル ワークスペース (GWT) は、心理学者のバーナード・バールズと神経科学者のスタニスラス・デハンとジャン・ピエール・シャンジューによって提唱されました。

まず、人が何かを認識すると、脳のさまざまな領域がその情報にアクセスすると彼らは主張しています。 一方、人が無意識に行動する場合、その情報は関係する特定の感覚運動系 (感覚運動) に局在します。 たとえば、素早く入力すると、自動的に入力されます。 どうやってそれを行うのかと尋ねられても、答えることはできません。なぜなら、素早い指の動きと目をつなぐ神経回路にあるこの情報へのアクセスは限られているからです。

グローバルなアクセシビリティは、意識の流れを XNUMX つだけ生成します。なぜなら、あるプロセスが他のすべてのプロセスで利用できる場合、そのプロセスはすべてのプロセスで利用できるため、すべてがすべてに接続されているからです。 このようにして代替画像抑制の仕組みが実現される。
このような理論は、神経活動のパターン（または脳の領域全体）に関連する個々の機能中枢の障害が「作業空間」の全体的な流れに歪みをもたらし、それによって全体像を歪める、あらゆる種類の精神障害をよく説明します。 （健康な人の）「正常な」状態と比較して。

基礎理論に向けて

GWT 理論は、意識は、特別なプログラムが小さな公開データ ストアにアクセスできた AI の黎明期以来、私たちに馴染みのある特別なタイプの情報処理から生じると主張します。 「掲示板」に書かれたあらゆる情報は、作業記憶、言語、計画モジュール、顔、物体の認識など、多くの補助プロセスで利用できるようになります。この理論によると、入ってくる感覚情報が掲示板に記録されたときに意識が生じます。多くの認知システムに送信され、音声の再生、メモリへの保存、またはアクションの実行のためにデータが処理されます。

このような掲示板のスペースは限られているため、常に少量の情報しか得ることができません。 これらのメッセージを伝達するニューロンのネットワークは、おそらく前頭葉と頭頂葉に位置していると考えられます。

このまばらな（散在した）データがネットワークにアップロードされて公開されると、その情報が意識されるようになります。 つまり、被験者はそれを認識しています。 現代の機械はまだこのレベルの認知的複雑さに達していませんが、それは時間の問題です。

「GWT」理論は、将来のコンピューターは意識を持つようになるだろうと主張しています。

トノーニと彼の仲間によって開発された意識の一般情報理論 (IIT) は、経験そのものというまったく異なる出発点を使用しています。 それぞれのエクスペリエンスには、独自の重要な特徴があります。 それは内在的であり、「マスター」としての主体に対してのみ存在します。 それは構造化されています（茶色の犬が通りを横切る間、黄色いタクシーは速度を落とします）。 そしてそれは具体的であり、映画の一コマのような他の意識的な経験とは異なります。 さらに、それは全体的であり、明確です。 暖かく晴れた日に公園のベンチに座って子供たちが遊んでいるのを見ていると、髪をなびかせる風や赤ちゃんの笑い声など、さまざまな要素が体験なしには切り離すことができません。ありのままでなくなること。

トノーニは、そのような特性、つまり一定レベルの意識には何らかの複雑で共役したメカニズムがあり、その構造の中で一連の因果関係が暗号化されていると仮定しています。 内側から何かが湧き出てくるような感覚になります。

しかし、小脳のように、そのメカニズムに複雑さや偶発性が欠けている場合、小脳は何も認識しません。 この理論が言うように、

意識は、人間の脳のような複雑なメカニズムに関連付けられた固有のランダムな能力です。

この理論はまた、基礎となる相互接続された構造の複雑さから、この認識を定量化する単一の非負の数 Φ (「fy」と発音) を導き出します。 F がゼロに等しい場合、システムはそれ自体をまったく認識しません。 逆に、数値が大きいほど、システムの固有のランダムな力が大きくなり、より意識的になります。 脳は非常に特異的な接続性を持っており、F が非常に高く、これは高いレベルの意識を示唆しています。 この理論は、さまざまな事実を説明します。たとえば、なぜ小脳が意識に関与していないのか、なぜジップ アンド ザップ カウンターが実際に機能するのか (カウンターによって発行される数値はおおよその近似値で F です) などです。

IIT の理論は、人間の脳の高度なデジタル コンピューター ベースのシミュレーションは、たとえその音声が人間の音声と区別できなかったとしても、意識することはできないと予測しています。 ブラック ホールの巨大な重力のシミュレーションが、コードを使用してコンピューターの周りの時空連続体を歪ませることがないのと同じように、 プログラムされた 意識が意識のあるコンピューターを生み出すことはありません。 ジュリオ・トノーニとマルチェロ・マッシミーニ、Nature 557、S8-S12 (2018)

IIT によれば、意識は計算したり計算したりすることはできず、システムの構造に組み込まれなければなりません。

現代の神経科学者の主な任務は、脳を構成するさまざまなニューロンの無限の接続の研究において、ますます洗練されたツールを自由に使用して、意識のニューロンの痕跡をさらに詳細に描写することです。 中枢神経系の構造が複雑であることを考えると、これには数十年かかるでしょう。 そして最後に、既存の断片に基づいて主要な理論を定式化します。 重さ1,36kgで構成が豆腐に似ている臓器がどのようにして生命感を体現するのかという、私たちの存在の主要な謎を説明する理論。

私の意見では、この新しい理論の最も興味深い応用の XNUMX つは、意識と、そして最も重要なことに感覚を持つ AI を作成できる可能性です。 さらに、意識の基本理論により、人間の認知能力のより迅速な進化を実現するための方法や方法の開発が可能になります。 人間こそが未来なのです。

主な情報源

出所： habr.com