De oorsprong en aard van bewuste ervaringen - soms genoemd naar het Latijnse woord qualia - zijn voor ons sinds de vroege oudheid tot voor kort een mysterie geweest. Veel bewustzijnsfilosofen, ook de moderne, beschouwen het bestaan van bewustzijn als zo’n onaanvaardbare tegenstelling van wat zij geloven dat een wereld van materie en leegte is, dat zij het tot een illusie verklaren. Met andere woorden: ze ontkennen in principe het bestaan van qualia, of beweren dat ze niet op zinvolle wijze door de wetenschap kunnen worden bestudeerd.
Als dit oordeel waar zou zijn, zou dit artikel erg kort zijn. En er zou niets onder de snee zitten. Maar er is iets...
Als bewustzijn niet kan worden begrepen met behulp van de instrumenten van de wetenschap, zou het enige wat nodig zou zijn uit te leggen waarom jij, ik en bijna alle anderen er zo zeker van zijn dat we überhaupt gevoelens hebben. Een slechte tand bezorgde mij echter tandsteen. Een verfijnd argument om mij ervan te overtuigen dat mijn pijn een illusie is, zal mij geen greintje van deze pijn verlichten. Ik heb geen medelijden met zo'n doodlopende interpretatie van de verbinding tussen ziel en lichaam, dus wellicht ga ik door.
Bewustzijn is alles wat je waarneemt (door zintuiglijke input) en vervolgens ervaart (door perceptie en begrip).
Een melodie die in je hoofd blijft hangen, de smaak van een chocoladedessert, een saaie kiespijn, liefde voor een kind, abstract denken en het besef dat op een dag aan alle sensaties een einde zal komen.
Wetenschappers komen geleidelijk dichter bij het oplossen van een mysterie dat filosofen al lang zorgen baart. En het hoogtepunt van dit wetenschappelijke onderzoek zal naar verwachting een gestructureerde werktheorie van bewustzijn zijn. Het meest opvallende voorbeeld van de toepassing van deze theorie is volwaardige AI (dit sluit de mogelijkheid van de opkomst van AI niet uit zonder een bewustzijnstheorie, maar op basis van reeds bestaande empirische benaderingen in de ontwikkeling van AI)
De meeste wetenschappers aanvaarden bewustzijn als een gegeven en streven ernaar het verband ervan met de objectieve wereld die de wetenschap beschrijft te begrijpen. Een kwart eeuw geleden, Francis Crick en de rest besloot de filosofische discussies over het bewustzijn (die wetenschappers al sinds de tijd van Aristoteles bezighielden) opzij te zetten en in plaats daarvan op zoek te gaan naar de fysieke sporen ervan.
Wat is het precies in het zeer prikkelbare deel van de hersenmaterie dat aanleiding geeft tot bewustzijn? Door dit te leren kunnen wetenschappers hopen dichter bij de oplossing van een fundamenteler probleem te komen.
In het bijzonder zijn neurowetenschappers op zoek naar neurale correlaten van bewustzijn (NCC) - de kleinste neurale mechanismen die gezamenlijk voldoende zijn voor een bepaalde bewuste ervaring van sensatie.
Wat moet er in de hersenen gebeuren voordat je bijvoorbeeld kiespijn krijgt? Moeten sommige zenuwcellen op een magische frequentie trillen? Moeten we speciale ‘bewustzijnsneuronen’ activeren? In welke delen van de hersenen kunnen dergelijke cellen zich bevinden?
Neurale correlaten van bewustzijn
In de definitie van NKS is de “minimale” clausule belangrijk. De hersenen als geheel kunnen immers als het NCS worden beschouwd: dag na dag genereren ze sensaties. En toch kan de locatie nog preciezer worden aangewezen. Denk eens aan het ruggenmerg, de 46 centimeter lange flexibele buis van zenuwweefsel in de wervelkolom die ongeveer een miljard zenuwcellen bevat. Als het letsel ervoor zorgt dat het ruggenmerg volledig beschadigd raakt tot aan het nekgebied, zal het slachtoffer verlamd raken aan de benen, armen en romp, geen controle hebben over de darmen of de blaas en geen lichamelijke sensaties hebben. Niettemin blijven zulke dwarslaesiepatiënten het leven in al zijn diversiteit ervaren: ze zien, horen, ruiken, ervaren emoties en herinneren zich net zo goed als vóór het tragische incident hun leven radicaal veranderde.
Of neem het cerebellum, de ‘kleine hersenen’ aan de achterkant van de hersenen. Dit hersensysteem, een van de oudste in evolutionaire termen, is betrokken bij de controle van motorische vaardigheden, lichaamshouding en gang, en is ook verantwoordelijk voor de behendige uitvoering van complexe bewegingsreeksen.
Piano spelen, typen op een toetsenbord, kunstschaatsen of rotsklimmen: bij al deze activiteiten zijn de kleine hersenen betrokken. Het is uitgerust met de beroemdste neuronen, Purkinje-cellen genaamd, die ranken hebben die fladderen als een zeewaaier van koraal en een complexe elektrische dynamiek herbergen. Het cerebellum bevat ook grootste aantal neuronen, ongeveer 69 miljard (meestal zijn dit stervormige mestcellen van het cerebellum) - vier keer zoveeldan het hele brein samen (onthoud dat dit een belangrijk punt is).
Wat gebeurt er met het bewustzijn als iemand het cerebellum gedeeltelijk verliest als gevolg van een beroerte of onder een chirurgisch mes?
Ja, bijna niets dat cruciaal is voor het bewustzijn!
Patiënten met deze schade klagen over enkele problemen, zoals minder vloeiend piano spelen of typen op een toetsenbord, maar nooit een volledig verlies van enig aspect van hun bewustzijn.
Het meest gedetailleerde onderzoek naar de effecten van cerebellaire schade op de cognitieve functie, uitgebreid bestudeerd in de context van . Maar zelfs in deze gevallen zijn, naast coördinatie- en ruimtelijke problemen (hierboven), alleen niet-kritieke schendingen van de uitvoerende aspecten van het management, gekenmerkt door , verstrooidheid en een lichte afname van het leervermogen.
Het uitgebreide cerebellaire apparaat heeft geen relatie met subjectieve ervaringen. Waarom? Het neurale netwerk bevat een belangrijke aanwijzing: het is uiterst uniform en parallel.
Het cerebellum is bijna volledig een feedforward-circuit: de ene rij neuronen voedt de volgende, die op zijn beurt de derde beïnvloedt. Er zijn geen feedbacklussen die heen en weer resoneren binnen de elektrische activiteit. Bovendien is het cerebellum functioneel verdeeld in honderden, zo niet meer, onafhankelijke rekenmodules. Ze werken allemaal parallel, met afzonderlijke en niet-overlappende inputs en outputs die bewegingen of verschillende motorische of cognitieve systemen controleren. Ze hebben nauwelijks interactie met elkaar, terwijl dit in het geval van bewustzijn een ander onmisbaar kenmerk is.
De belangrijke les die uit de analyse van het ruggenmerg en het cerebellum kan worden geleerd, is dat het genie van bewustzijn niet zo gemakkelijk ontstaat op enig punt van prikkeling van het zenuwweefsel. Er is iets anders nodig. Deze extra factor ligt in de grijze massa waaruit de beruchte hersenschors bestaat - het buitenoppervlak. Al het beschikbare bewijsmateriaal geeft aan dat er sprake is van sensaties weefsel.
Je kunt het gebied waar de focus van het bewustzijn zich bevindt nog verder verkleinen. Neem bijvoorbeeld experimenten waarbij het rechter- en linkeroog worden blootgesteld aan verschillende stimuli. Stel je voor dat een foto van een Lada Priora alleen zichtbaar is voor je linkeroog, en een foto van een Tesla S alleen zichtbaar is voor je rechteroog. We kunnen ervan uitgaan dat je een nieuwe auto zult zien uit superposities van Lada en Tesla op elkaar. In feite zul je Lada een paar seconden zien, waarna hij zal verdwijnen en Tesla zal verschijnen - en dan zal ze verdwijnen en zal Lada weer verschijnen. Twee afbeeldingen zullen elkaar vervangen in een eindeloze dans - wetenschappers noemen dit binoculaire competitie of retinale competitie. De hersenen ontvangen dubbelzinnige informatie van buitenaf en kunnen niet beslissen: is het een Lada of een Tesla?
Wanneer je in een hersenscanner ligt, ontdekken wetenschappers activiteit in een groot aantal corticale gebieden, gezamenlijk de achterste hete zone genoemd. Dit zijn de pariëtale, occipitale en temporale gebieden aan de achterkant van de hersenen, en ze spelen de belangrijkste rol bij het volgen van wat we zien.
Interessant is dat de primaire visuele cortex, die informatie van de ogen ontvangt en verzendt, niet weerspiegelt wat iemand ziet. Een soortgelijke taakverdeling wordt ook waargenomen bij horen en aanraken: de primaire auditieve en primaire somatosensorische cortex dragen niet direct bij aan de inhoud van auditieve en somatosensorische ervaring. Bewuste waarneming (inclusief afbeeldingen van Lada en Tesla) geeft aanleiding tot volgende stadia van verwerking - in de achterste hete zone.
Het blijkt dat visuele beelden, geluiden en andere levenssensaties hun oorsprong vinden in de achterste cortex van de hersenen. Voor zover neurowetenschappers kunnen nagaan, komen bijna alle bewuste ervaringen daaruit voort.
Bewustzijnsteller
Bij operaties worden patiënten bijvoorbeeld onder narcose gebracht, zodat ze niet bewegen, de bloeddruk stabiel blijft, geen pijn ervaart en vervolgens geen traumatische herinneringen heeft. Helaas wordt dit niet altijd bereikt: elk jaar zijn honderden patiënten onder narcose in meer of mindere mate bij bewustzijn.
Een andere categorie patiënten met ernstige hersenschade als gevolg van een trauma, infectie of ernstige vergiftiging kan jarenlang leven zonder te kunnen spreken of op oproepen te kunnen reageren. Bewijzen dat zij het leven ervaren is een uiterst moeilijke taak.
Stel je een astronaut voor die verdwaald is in het universum en luistert naar de missiecontrole die probeert contact met hem op te nemen. De kapotte radio zendt zijn stem niet uit, daarom beschouwt de wereld hem als vermist. Dit is grofweg hoe je de wanhopige situatie zou kunnen omschrijven van patiënten wier beschadigde hersenen hen het contact met de wereld hebben ontzegd – een soort extreme vorm van eenzame opsluiting.
Begin jaren 2000 pionierden Giulio Tononi van de Universiteit van Wisconsin-Madison en Marcello Massimini met een methode genaamd om te bepalen of een persoon bij bewustzijn is of niet.
Wetenschappers plaatsten een spoel van omhulde draden op het hoofd en zonden een schok (zap) uit: een sterke lading magnetische energie die een korte elektrische stroom veroorzaakte. Dit prikkelde en remde partnerneuroncellen in verbonden delen van het circuit, en de golf resoneerde door de hersenschors totdat de activiteit uitstierf.
Een netwerk van op het hoofd gemonteerde elektro-encefalogramsensoren registreerde elektrische signalen. Terwijl de signalen zich geleidelijk verspreidden, werden hun sporen, die elk correspondeerden met een specifiek punt onder het schedeloppervlak, omgezet in een film.
De opnames vertoonden geen typisch algoritme, maar waren ook niet volledig willekeurig.
Interessant is dat hoe voorspelbaarder de aan-en-uit-ritmes waren, hoe waarschijnlijker het was dat de hersenen bewusteloos waren. De wetenschappers hebben deze veronderstelling gemeten door de videogegevens te comprimeren met behulp van een algoritme dat wordt gebruikt om computerbestanden in ZIP-formaat te archiveren. Compressie gaf een beoordeling van de complexiteit van de reactie van de hersenen. Vrijwilligers die bij bewustzijn waren, vertoonden een ‘verstoringscomplexiteitsindex’ van 0,31 tot 0,70, waarbij de index onder de 0,31 daalde als ze zich in een staat van diepe slaap bevonden of onder narcose waren.
Het team testte vervolgens zip en zap op 81 patiënten die minimaal bewusteloos of bewusteloos (comateus) waren. Bij de eerste groep, die enkele tekenen van niet-reflectief gedrag vertoonde, toonde de methode terecht aan dat 36 van de 38 bij bewustzijn waren. Van de 43 patiënten in een “plantaardige” toestand met wie familieleden aan het hoofdeinde van het ziekenhuisbed nooit communicatie tot stand konden brengen, werden er 34 geclassificeerd als bewusteloos, en nog eens negen niet. Hun hersenen reageerden op dezelfde manier als degenen die bij bewustzijn waren, wat betekent dat ze ook bij bewustzijn waren, maar niet in staat waren om met hun familie te communiceren.
Het huidige onderzoek heeft tot doel de techniek voor neurologische patiënten te standaardiseren en te verbeteren, en deze uit te breiden naar patiënten op psychiatrische en pediatrische afdelingen. In de loop van de tijd zullen wetenschappers de specifieke reeks neurale mechanismen identificeren die aanleiding geven tot ervaringen.
Uiteindelijk hebben we een overtuigende wetenschappelijke bewustzijnstheorie nodig die de vraag beantwoordt onder welke omstandigheden een bepaald fysiek systeem – of het nu een complexe keten van neuronen of siliciumtransistors is – sensaties ervaart. En waarom is de kwaliteit van de ervaring anders? Waarom voelt een helderblauwe lucht anders aan dan het geluid van een slecht gestemde viool? Hebben deze verschillen in sensaties een specifieke functie? Zo ja, welke? De theorie zal ons in staat stellen te voorspellen welke systemen iets kunnen waarnemen. Bij gebrek aan een theorie met toetsbare voorspellingen is elke gevolgtrekking over het machinebewustzijn uitsluitend gebaseerd op ons onderbuikinstinct, waarop, zoals de geschiedenis van de wetenschap heeft aangetoond, met voorzichtigheid moet worden vertrouwd.
Een van de belangrijkste theorieën over bewustzijn is de theorie (GWT), naar voren gebracht door psycholoog Bernard Baars en neurowetenschappers Stanislas Dean en Jean-Pierre Changeux.
Om te beginnen beweren ze dat wanneer een persoon zich ergens van bewust is, veel verschillende delen van de hersenen toegang hebben tot deze informatie. Terwijl als een persoon onbewust handelt, de informatie wordt gelokaliseerd in het specifieke sensomotorische systeem (sensorische motor) dat hierbij betrokken is. Wanneer u bijvoorbeeld snel typt, doet u dit automatisch. Als u wordt gevraagd hoe u dit doet, kunt u geen antwoord geven omdat u beperkte toegang heeft tot deze informatie, die gelokaliseerd is in de neurale circuits die de ogen verbinden met de snelle bewegingen van de vingers.
Mondiale toegankelijkheid genereert slechts één bewustzijnsstroom, want als een proces toegankelijk is voor alle andere processen, dan is het ook voor iedereen toegankelijk: alles is met alles verbonden. Dit is hoe het mechanisme voor het onderdrukken van alternatieve beelden wordt geïmplementeerd.
Deze theorie verklaart goed allerlei soorten psychische stoornissen, waarbij het falen van individuele functionele centra, verbonden door patronen van neurale activiteit (of een heel gebied van de hersenen), vervormingen introduceert in de algemene stroom van de ‘werkruimte’, waardoor de het beeld in vergelijking met de “normale” toestand (van een gezond persoon) .
Op weg naar een fundamentele theorie
De GWT-theorie stelt dat bewustzijn voortkomt uit een speciaal soort informatieverwerking: het is ons bekend sinds het begin van AI, toen speciale programma's toegang hadden tot een kleine, publiek toegankelijke dataopslag. Alle informatie die op het ‘prikbord’ werd vastgelegd, kwam beschikbaar voor een aantal hulpprocessen: werkgeheugen, taal, planningsmodule, herkenning van gezichten, objecten, enz. Volgens deze theorie ontstaat bewustzijn wanneer binnenkomende sensorische informatie die op het bord is vastgelegd, wordt geregistreerd. verzonden naar veel cognitieve systemen - en ze verwerken gegevens voor spraakreproductie, opslag in het geheugen of uitvoering van acties.
Omdat de ruimte op zo’n prikbord beperkt is, kunnen we op elk moment maar over een kleine hoeveelheid informatie beschikken. Er wordt aangenomen dat het netwerk van neuronen dat deze boodschappen overbrengt zich in de frontale en pariëtale kwabben bevindt.
Zodra deze schaarse (verspreide) gegevens naar het netwerk worden overgebracht en openbaar beschikbaar worden, wordt de informatie bewust. Dat wil zeggen: het onderwerp is zich ervan bewust. Moderne machines hebben dit niveau van cognitieve complexiteit nog niet bereikt, maar het is slechts een kwestie van tijd.
De "GWT"-theorie stelt dat computers van de toekomst bewust zullen zijn
De algemene informatietheorie van het bewustzijn (IIT), ontwikkeld door Tononi en zijn medewerkers, hanteert een heel ander uitgangspunt: de ervaringen zelf. Elke ervaring heeft zijn eigen bijzondere kernkenmerken. Het is immanent en bestaat alleen voor het subject als ‘meester’; het is gestructureerd (een gele taxi remt af terwijl een bruine hond de straat oversteekt); en het is concreet – anders dan elke andere bewuste ervaring, zoals een apart frame in een film. Bovendien is het solide en gedefinieerd. Als je op een warme, heldere dag op een bankje in het park zit en kinderen ziet spelen, kunnen de verschillende elementen van de ervaring – de wind die door je haar waait, de vreugde van de kleintjes die lachen – niet van elkaar gescheiden worden zonder dat de ervaring ophoudt. te zijn wat het is.
Tononi postuleert dat dergelijke eigenschappen – dat wil zeggen een bepaald niveau van bewustzijn – een complex en gekoppeld mechanisme hebben, in de structuur waarvan een reeks oorzaak-en-gevolgrelaties is gecodeerd. Het zal voelen alsof er iets van binnenuit komt.
Maar als het mechanisme, net als het cerebellum, complexiteit en connectiviteit mist, zal het zich nergens van bewust zijn. Zoals deze theorie luidt,
bewustzijn is een inherent, contingent vermogen dat verband houdt met complexe mechanismen zoals het menselijk brein.
De theorie leidt uit de complexiteit van de onderliggende onderling verbonden structuur ook een enkel niet-negatief getal Φ (uitgesproken als “fy”) af, dat dit bewustzijn kwantificeert. Als F nul is, is het systeem zich helemaal niet bewust van zichzelf. Omgekeerd geldt: hoe groter het getal, hoe groter de inherente willekeurige macht van het systeem is en hoe bewuster het is. De hersenen, die worden gekenmerkt door enorme en zeer specifieke connectiviteit, hebben een zeer hoge F, en dit impliceert een hoog bewustzijnsniveau. De theorie verklaart verschillende feiten: bijvoorbeeld waarom het cerebellum niet betrokken is bij het bewustzijn of waarom de zip- en zap-teller eigenlijk werkt (de getallen die door de teller worden geproduceerd zijn F in een ruwe benadering).
De IIT-theorie voorspelt dat een geavanceerde digitale computersimulatie van het menselijk brein niet bewust kan zijn, zelfs als de spraak niet te onderscheiden is van menselijke spraak. Net zoals het simuleren van de enorme zwaartekracht van een zwart gat het ruimte-tijd continuüm rond de computer niet verstoort met behulp van de code, geprogrammeerd bewustzijn zal nooit een bewuste computer voortbrengen. Giulio Tononi en Marcello Massimini, Nature 557, S8-S12 (2018)
Volgens IIT kan bewustzijn niet worden berekend en berekend: het moet worden ingebouwd in de structuur van het systeem.
De belangrijkste taak van moderne neurowetenschappers is het gebruik van de steeds geavanceerdere instrumenten waarover zij beschikken om de eindeloze verbindingen van diverse neuronen die de hersenen vormen te bestuderen, om zo de neurale sporen van bewustzijn verder af te bakenen. Gezien de ingewikkelde structuur van het centrale zenuwstelsel zal dit tientallen jaren duren. En formuleer ten slotte een basistheorie op basis van bestaande fragmenten. Een theorie die de belangrijkste puzzel van ons bestaan zal verklaren: hoe een orgaan dat 1,36 kg weegt en qua samenstelling vergelijkbaar is met tahoe, de zin van het leven belichaamt.
Een van de meest interessante toepassingen van deze nieuwe theorie is naar mijn mening de mogelijkheid om AI te creëren die bewustzijn en vooral sensaties heeft. Bovendien zal de fundamentele theorie van het bewustzijn ons in staat stellen methoden en manieren te ontwikkelen om een snellere evolutie van de menselijke cognitieve vermogens te implementeren. De mens - de toekomst.
Bron: www.habr.com