På vei mot en fundamental teori om bevissthet

Opprinnelsen og naturen til bevisste opplevelser — noen ganger kalt med det latinske ordet qualia — har vært en gåte for oss fra antikken og frem til nylig. Mange bevissthetsfilosofer, inkludert moderne tenkere, mener at eksistensen av bevissthet er et så uholdbart motsetning til det de anser å være verden av materie og tomrom, at de erklærer det for en illusjon. Med andre ord, de benekter enten eksistensen av qualia i utgangspunktet, eller hevder at de ikke kan studeres meningsfullt ved hjelp av vitenskap.

Hvis denne påstanden var sann, ville denne artikkelen vært veldig kort. Og det ville ikke vært noe under teksten. Men det er noe der…

Hvis bevissthet ikke kan forstås ved hjelp av vitenskapelige verktøy, ville det bare vært nødvendig å forklare hvorfor du, jeg, og nesten alle andre så er sikre på at vi i det hele tatt har følelser. Men en vond tann førte til hevelse for meg. En sofistikert argumentasjon for å overbevise om at smerten min er illusorisk, vil ikke gi meg noen lettelse fra denne lidelsen. Jeg har lite sympati for en slik blindgyte av en tolkning av forbindelsen mellom sjel og kropp, så jeg vil fortsette.

Bevissthet er alt du føler (basert på informasjon fra sanseorganene), og deretter opplever (gjennom persepsjon og tolkning).

En melodi som sitter fast i hodet, smaken av sjokoladedessert, nagende tannverk, kjærlighet til et barn, abstrakt tenkning og forståelsen av at en dag vil alle opplevelser ta slutt.

Forskere nærmer seg gradvis løsningen på mysteriet som lenge har opptatt filosofer. Og kulminasjonen av disse vitenskapelige undersøkelsene forventes å være — en strukturert arbeidsteori for bevissthet. Det mest fremtredende eksemplet på anvendelsen av denne teorien er fullt utviklet AI (dette utelukker ikke muligheten for at AI kan oppstå uten en teori om bevissthet, basert på allerede eksisterende empiriske tilnærminger i utviklingen av AI)

De fleste forskere aksepterer bevissthet som en gitt størrelse og streber etter å forstå dens forbindelse med den objektive verden som vitenskapen beskriver. For et kvart århundre siden bestemte Francis Crick og andre kognitive nevrobiologer å legge de filosofiske diskusjonene om bevissthet til side (som har opptatt vitenskapsfolk siden minst Aristoteles) og i stedet gi seg ut på jakt etter fysiske spor av den.

Hva er det i den ekstremt stimulerte delen av hjernevævet som skaper bevissthet? Ved å finne ut av dette kan forskere håpe å nærme seg løsningen på et mer grunnleggende problem.
Spesielt leter nevrobiologer etter neuronale korrelater av bevissthet (NKB) — de minste neurale mekanismene som samlet er tilstrekkelige for enhver spesifikk bevisst opplevelse i sanser.

Hva må skje i hjernen for at du skal oppleve tannverk, for eksempel? Må visse nerveceller vibrere med en magisk frekvens? Må spesielle 'bevissthetsneuroner' aktiveres? I hvilke områder av hjernen kan sådanne celler befinne seg?

Neuronale korrelater av bevissthet

I definisjonen av NKB er forbeholdet 'minimalt' viktig. For hjernen som helhet kan det betraktes som NKB — daglig produserer den sanseopplevelser. Likevel kan plasseringen spesifiseres enda mer presist. La oss ta ryggmargen — en 46 cm lang fleksibel tube av nervevev inne i ryggraden, som inneholder omtrent en milliard nerve- og nerveceller. Hvis ryggmargen er fullstendig skadet til og med i nakkeområdet som følge av skade, vil den skadde personen få lammelser i ben, armer og kropp, ikke kunne kontrollere tarmen og blæren, og vil være frarøvet kroppslige opplevelser. Likevel fortsetter slike lammede personer å oppleve livet i all sin variasjon: de ser, hører, lukter, opplever følelser og husker like godt som før den tragiske hendelsen som forandret livet deres.

Eller ta lillehjernen — 'den lille hjernen' bak i hodet. Dette hjernekretssystemet, en av de eldste i evolusjonær forstand, deltar i kontrollen av motorikk, kroppens posisjon og gange, og ansvarlig for smidig utførelse av kompliserte bevegelsessekvenser.
Å spille piano, skrive på tastaturet, kunstløp eller klatring — alle disse aktivitetene involverer lillehjernen. Den er utstyrt med de mest berømte nervecellene kalt Purkinje-celler, som har tentakler som svever som en sjøkorall og skjuler kompleks elektrisk dynamikk. I tillegg inneholder lillehjernen det største antallet nerveceller, omtrent 69 milliarder (for det meste cerebellære labrocytter i stjerneform) — fire ganger mer, enn hele hjerne samlet (husker du — dette er et viktig poeng).

Hva skjer med bevisstheten hvis en person som et resultat av et slag eller under kirurgisk inngrep delvis mister cerebellum?

Nesten ingenting kritisk for bevisstheten!

Pasienter med slik skade klager over flere problemer, som mindre flytende spilling på pianoet eller mindre dyktig skriving på tastaturet, — men aldri over fullstendig tap av noen av aspektene ved bevisstheten deres.

Den mest detaljerte studien om påvirkningen av cerebellumskader på kognitive funksjoner er grundig studert i konteksten av post-slag cerebellære affektive syndrom.Men selv i disse tilfellene, bortsett fra koordinasjons- og romproblemer (ovenfor), er det kun identifisert ikke-kritiske forstyrrelser i de utførende aspektene ved kontroll, karakterisert ved perseverasjoner, urederlighet og en liten reduksjon i evnen til å lære.

Den omfattende cerebellære apparatet har ikke noe å gjøre med subjektive opplevelser. Hvorfor? En viktig ledetråd ligger i dens nevronnettverk — det er utelukkende homogent og parallelt.

Cerebellum er praktisk talt en komplett kjede av direkte spredning: en rekke nevroner nærer neste, som igjen påvirker den tredje. Det er ingen tilbakemeldingssløyfer som ville resonert fram og tilbake innenfor den elektriske aktiviteten. Videre er cerebellum funksjonelt delt opp i hundrevis, om ikke flere, uavhengige beregningsmoduler. Hver av dem fungerer parallelt, med separate og ikke-overlappende inn- og utganger som kontrollerer bevegelser eller forskjellige motoriske eller kognitive systemer. De interagerer nesten ikke med hverandre, mens bevissthet — dette er en annen uunngåelig egenskap.

En viktig lærdom fra analysen av ryggmargen og cerebellum er at geni av bevissthet ikke oppstår så enkelt fra et hvilket som helst sted med nervevevaktivering. Det er nødvendig med noe mer. Denne ekstra faktoren ligger i den grå substansen som utgjør den beryktede hjernebarken — dens ytre overflate. Alle tilgjengelige data indikerer at i dannelsen av sanser deltar neokortikale vev.

Det er mulig å snevre inn området for bevissthetens fokus enda mer. La oss for eksempel ta eksperimenter hvor høyre og venstre øye blir utsatt for forskjellige stimuli. Tenk deg at et bilde av «Lada Priora» bare er synlig for ditt venstre øye, mens bildet av «Tesla S» bare er synlig for høyre. Man kan anta at du vil se en ny bil som en overlapp mellom Lada og Tesla. Men i virkeligheten vil du i løpet av noen sekunder se Lada, før den forsvinner og Tesla dukker opp — deretter vil den forsvinne, og Lada kommer tilbake. De to bildene danser i en uendelig veksling — forskerne kaller dette binokulært konkurranse eller netthinne-konkurranse. Hjernen mottar uklar informasjon fra omverdenen og kan ikke bestemme seg: er det Lada eller Tesla?

Hvis du ligger inne i en tomograf som registrerer hjerneaktivitet, vil forskerne observere aktivitet i et bredt spekter av kortikale områder, samlet omtalt som «den bakre hot zone» (posterior hot zone). Dette inkluderer parietale, occipitale og temporale områder i bakre del av hjernebarken, og de spiller en avgjørende rolle i å spore det vi ser.

Interessant nok reflekterer ikke den primære visuelle barken, som mottar og sender videre informasjonen fra øynene, hva personen ser. En lignende arbeidsfordeling er også observert i tilfelle hørsel og berøring: Den primære auditiv barken og den primære somatosensoriske barken bidrar ikke direkte til innholdet i auditiv og somatosensorisk erfaring. Bevisst persepsjon (inkludert bilder av Lada og Tesla) genererer påfølgende behandlingsstadier — i den bakre hot zone.

Det viser seg at visuelle bilder, lyder og andre livserfaringer oppstår innenfor den bakre delen av hjernebarken. Så langt som nevrobiologer kan bedømme, tar nesten alle bevisste opplevelser sitt utspring nettopp der.

Bevissthetsmåler

For operasjoner, for eksempel, blir pasienter satt under anestesi slik at de ikke beveger seg, opprettholder stabilt blodtrykk, ikke opplever smerte, og deretter ikke har traumatiske minner. Dessverre er det ikke alltid mulig å oppnå dette: Hvert år er hundrevis av pasienter under anestesi bevisste i en eller annen grad.

En annen kategori pasienter med alvorlig hjerneskade som følge av traumer, infeksjoner eller alvorlig forgiftning kan eksistere i årevis uten å kunne snakke eller reagere på henvendelser. Å bevise at de opplever livet er en ekstremt vanskelig oppgave.

Forestill deg en astronaut som har gått seg vill i universet, som lytter til forsøket fra kontrollsenteret å kontakte ham. Den ødelagte radioen sender ikke stemmen hans, og verden anser ham for savnet. Slik kan man beskrive den håpløse situasjonen til pasienter hvis skadde hjerner har frarøvet dem kontakten med verden – en slags ekstrem form for isolert fengsling.

På begynnelsen av 2000-tallet brukte Giulio Tononi fra University of Wisconsin-Madison og Marcello Massimini en metode kalt zap and zip, for å avgjøre om en person er bevisst eller ikke.

Forskere plasserte en spole med ledninger på hodet og sendte en elektrisk støt (zap) – en sterk ladning med magnetisk energi som skapte en kortvarig elektrisk strøm. Dette aktiverte og hemmet forbindelsescellene i nevronene i relaterte områder av kjeden, og bølgen resonnerte i hjernebarken inntil aktiviteten avtok.

Et nettverk av festede elektroencefalogram-sensorer registrerte elektriske signaler. Etter hvert som signalene spredte seg gradvis, ble sporene, hver av dem korresponderte til et bestemt punkt under kraniet, omgjort til en film.

Opptakene viste ikke en typisk algoritme – men var ikke helt tilfeldige.

Det er interessant at jo mer forutsigbare rytmene av blinkende og avtagende lys var, jo høyere var sannsynligheten for at hjernen var i en bevisstløs tilstand. Forskere målte denne antagelsen ved å komprimere videodataene med en algoritme som brukes til å arkivere datamateriale i ZIP-format. Komprimeringen ga en vurdering av kompleksiteten i hjerneresponsen. Frivillige som var bevisste, viste et «kompleksitetsindeks» av forstyrrelser fra 0,31 til 0,70, med indeksen som falt under 0,31 hvis de var i dyp søvn eller under anestesi.

Deretter testet teamet zip and zap på 81 pasienter som var i minimal bevissthet eller bevisstløse (i koma). I den første gruppen, som viste noen tegn på ikke-refleksiv atferd, viste metoden korrekt at 36 av 38 var bevisste. Av de 43 pasientene i "grønnsakstilstand", som pårørende ved sengekanten aldri klarte å få kontakt med, ble 34 klassifisert som bevisstløse, mens ytterligere ni ikke ble det. Hjernene deres reagerte på samme måte som de som var bevisste, noe som betydde at de også var bevisste, men ikke i stand til å kommunisere med sine kjære.

Nåværende studier har som mål å standardisere og forbedre metodikken for nevrologiske pasienter, samt å utvide den til pasienter på psykiatriske og pediatriske avdelinger. Over tid vil forskerne avdekke et spesifikt sett med nevronale mekanismer som gir opphav til opplevelser.

Generelt trenger vi en overbevisende vitenskapelig teori om bevissthet som kan svare på spørsmålet om under hvilke forhold en gitt fysisk system — enten det er en kompleks kjede av nevroner eller silisiumtransistorer — opplever sanseinntrykk. Og hvorfor er kvaliteten på opplevelsene så forskjellig? Hvorfor føles en klar blå himmel annerledes enn skrapingen av en dårlig innstilt fiolin? Har disse forskjellene i opplevelser en bestemt funksjon? Hvis ja, hvilken? Teorien vil gjøre det mulig å forutsi hvilke systemer som vil være i stand til å oppleve noe. I fravær av en teori med kontrollerbare forutsigelser, er enhver konklusjon om maskinens bevissthet utelukkende basert på vår indre intuisjon, som historien har vist, bør man være forsiktig med å stole på.

En av de grunnleggende teoriene om bevissthet er teorien om globalt nevronalt arbeidsrom (GWT), fremmet av psykolog Bernard Baars og nevrobiologene Stanislas Dehaene og Jean-Pierre Changeux.

For starters, they assert that when a person is aware of something, access to that information is gained by multiple different areas of the brain. Whereas if a person acts unconsciously, the information is localized in a particular sensory-motor system. For example, when you type quickly, you do it automatically. If you are asked how you do this, you won’t be able to answer, as you have limited access to this information, which is localized in the neural circuits connecting the eyes with the rapid movements of the fingers.

Global availability generates only one stream of consciousness, as if a certain process is accessible to all other processes, it is available to them all – everything is connected to everything. This is how the mechanism for suppressing alternative images operates.
Such a theory well explains various mental disorders, where failures of individual functional centers, associated with patterns of neural activity (or entire brain areas), distort the overall flow of 'working space', thereby distorting the picture compared to the 'normal' state (of a healthy person).

On the path to a fundamental theory

The 'GWT' theory asserts that consciousness arises from a specific type of information processing: we have known this since the inception of AI, when special programs had access to a small public data repository. Any information recorded on the 'bulletin board' became available to a whole range of auxiliary processes — working memory, language, planning module, face and object recognition, etc. According to this theory, consciousness emerges when the incoming sensory information recorded on the board is transmitted to numerous cognitive systems — and they process the data for verbal reproduction, memory storage, or action execution.

Since space on such a bulletin board is limited, at any given moment we can only hold a small volume of information. The network of neurons transmitting these messages is presumably located in the frontal and parietal lobes.

Så snart disse sparsomme (spredte) data overføres til netværket og bliver offentligt tilgængelige, bliver informationen bevidst. Det vil sige, at subjektet bliver bevidst om det. Moderne maskiner er endnu ikke nået til et sådant niveau af kognitiv kompleksitet, men det er kun et spørgsmål om tid.

Teorien om "GWT" hævder, at fremtidens computere vil være bevidste.

Den generelle informations teori om bevidsthed (IIT), udviklet af Tononi og hans samarbejdspartnere, bruger en helt anden udgangspunkt - selve oplevelserne. Hver oplevelse har sine egne unikke nøglekarakteristika. Den er immanent, eksisterer kun for subjektet som "ejer"; den er struktureret (den gule taxa stopper, mens den brune hund løber over gaden); og den er konkret - adskilt fra enhver anden bevidst oplevelse, ligesom et enkelt frame i en film. Desuden er den hel og bestemt. Når du på en varm klar dag sidder på en bænk i parken og ser børn lege, kan de forskellige elementer af oplevelsen - vinden, der leger med dit hår, følelsen af glæde ved børns latter - ikke adskilles uden at oplevelsen mister det, den er.

Tononi postulerer, at sådanne egenskaber - det vil sige et vist niveau af bevidsthed - findes i enhver kompleks og forbundet mekanisme, i hvis struktur et sæt årsagssammenhænge er kodet. Det vil føles som noget, der kommer indefra.

Men hvis en mekanisme som lillehjernen mangler kompleksitet og forbindelser, vil den ikke være i stand til at erkende noget. Som teorien siger,

er bevidsthed en iboende tilfældig evne, knyttet til sådanne komplekse mekanismer som den menneskelige hjerne.

Teorien trekker også frem et enkelt, ikke-negativt nummer Φ (uttalt “fy”) fra kompleksiteten som ligger bak det sammenkoblede systemet, som kvantitativt uttrykker denne bevisstheten. Hvis Φ er lik null, er systemet ikke i stand til å være bevisst i det hele tatt. Motsett, jo høyere tallet er, jo større tilfeldig makt har systemet og jo mer bevisst er det. Hjernen, som har en kolossal og høyt spesifikk tilkobling, har et svært høyt Φ, noe som tyder på et høyt nivå av bevissthet. Teorien forklarer forskjellige fakta: for eksempel hvorfor lillehjernen ikke er involvert i bevisstheten, eller hvorfor zip and zap teller reelt fungerer (tallene som telles er Φ i grovt approximert forstand).

Teorien «IIT» spår at en avansert simulering av den menneskelige hjernen på en digital datamaskin ikke kan være bevisst — selv om dens tale er umulig å skille fra menneskelig. På samme måte som en simulering av det massive gravitasjonsfeltet til et sort hull ikke forvrenger romtidskontinuumet rundt datamaskinen som kjører koden, programmert bevissthet vil aldri skape en bevisst datamaskin. Giulio Tononi og Marcello Massimini, tidsskriftet «Nature» 557, S8-S12 (2018)

Ifølge IIT kan bevissthet ikke beregnes og kalkuleres: den må være innebygd i systemets struktur.

Hovedoppgaven til moderne nevrobiologer er å bruke stadig mer sofistikerte verktøy for å studere de uendelige forbindelsene mellom forskjellige nevroner som danner hjernen, for videre å kartlegge de nevronale sporene av bevissthet. Med tanke på den intrikate utformingen av CNS vil dette ta tiår. Og til slutt formulere en grunnleggende teori basert på bruddstykker av det som eksisterer. En teori som forklarer det største mysteriet i vår eksistens: hvordan et organ som veier 1,36 kg og minner om soyacurd i sammensetning, kan gi uttrykk for følelsen av liv.

En av de mest interessante anvendelsene av denne nye teorien, etter min mening, er muligheten til å skape AI med bevissthet og, viktigst av alt, følelser. Videre vil den fundamentale teorien om bevissthet gjøre det mulig å utvikle metoder og veier for raskere evolusjon av menneskelig kognitiv kapasitet. Mennesket — fremtiden.

Hovedkilde

Kilde: habr.com