Ursprunget och karaktären av medvetna upplevelser – ibland kallade med det latinska ordet qualia - har varit ett mysterium för oss sedan tidig antiken till nyligen. Många medvetandefilosofer, inklusive moderna, anser att medvetandets existens är en sådan oacceptabel motsägelse till vad de tror är en värld av materia och tomhet att de förklarar det som en illusion. Med andra ord, antingen förnekar de existensen av qualia i princip eller hävdar att de inte kan studeras meningsfullt genom vetenskap.
Om denna bedömning var sann skulle den här artikeln vara mycket kort. Och det skulle inte finnas något under snittet. Men det är något där...
Om medvetandet inte kan förstås med hjälp av vetenskapens verktyg, är allt som behövs att förklara varför du, jag och nästan alla andra är så säkra på att vi överhuvudtaget har känslor. Men en dålig tand gav mig tugga. Ett sofistikerat argument för att övertyga mig om att min smärta är illusorisk kommer inte att befria mig ett dugg av denna smärta. Jag har ingen sympati för en sådan återvändsgränd tolkning av sambandet mellan själ och kropp, så jag kanske fortsätter.
Medvetande är allt du känner (genom sensorisk input) och sedan upplever (genom perception och förståelse).
En melodi som fastnat i huvudet, smaken av chokladdessert, en tråkig tandvärk, kärlek till ett barn, abstrakt tänkande och förståelsen att en dag kommer alla förnimmelser att ta slut.
Forskare kommer gradvis närmare att lösa ett mysterium som länge oroat filosofer. Och kulmen på denna vetenskapliga forskning förväntas vara en strukturerad arbetsteori om medvetande. Det mest slående exemplet på tillämpningen av denna teori är fullfjädrad AI (detta utesluter inte möjligheten av uppkomsten av AI utan en teori om medvetande, men på grundval av redan existerande empiriska tillvägagångssätt i utvecklingen av AI)
De flesta vetenskapsmän accepterar medvetandet som ett givet och strävar efter att förstå dess samband med den objektiva värld som vetenskapen beskriver. För ett kvarts sekel sedan Francis Crick och resten bestämde sig för att lägga filosofiska diskussioner om medvetande åt sidan (som har berört vetenskapsmän åtminstone sedan Aristoteles tid) och istället gav sig ut på jakt efter dess fysiska spår.
Vad exakt är det i den mycket exciterande delen av hjärnans materia som ger upphov till medvetande? Genom att lära sig detta kan forskare hoppas komma närmare att lösa ett mer grundläggande problem.
I synnerhet letar neuroforskare efter neurala medvetandekorrelat (NCC) - de minsta neurala mekanismerna kollektivt tillräckliga för någon speciell medveten upplevelse av känsel.
Vad måste hända i hjärnan för att du till exempel ska uppleva tandvärk? Är det meningen att vissa nervceller ska vibrera med någon magisk frekvens? Behöver vi aktivera några speciella "medvetandeneuroner"? I vilka delar av hjärnan kan sådana celler finnas?
Neurala korrelat av medvetande
I definitionen av NKS är ”minimal”-klausulen viktig. När allt kommer omkring kan hjärnan som helhet betraktas som NCS - dag efter dag genererar den förnimmelser. Och ändå kan platsen utses ännu mer exakt. Tänk på ryggmärgen, det 46-centimeters flexibla röret av nervvävnad inuti ryggraden som innehåller ungefär en miljard nervceller. Om skadan gör att ryggmärgen blir helt skadad ner till halsområdet, kommer offret att bli förlamat i ben, armar och bål, inte ha kontroll över tarmen eller urinblåsan och berövas kroppsliga förnimmelser. Ändå fortsätter sådana paraplegiker att uppleva livet i all dess mångfald: de ser, hör, luktar, upplever känslor och minns lika bra som innan den tragiska händelsen radikalt förändrade deras liv.
Eller ta lillhjärnan, den "lilla hjärnan" på baksidan av hjärnan. Detta hjärnsystem, ett av de äldsta i evolutionära termer, är involverat i kontrollen av motorik, kroppshållning och gång, och är också ansvarigt för det skickliga utförandet av komplexa sekvenser av rörelser.
Att spela piano, skriva på tangentbord, konståkning eller klättring – alla dessa aktiviteter involverar lillhjärnan. Den är utrustad med de mest kända nervcellerna som kallas Purkinje-celler, som har rankor som fladdrar som en havsfläkt av koraller och hamnar i komplex elektrisk dynamik. Lillhjärnan innehåller också största antalet neuroner, cirka 69 miljarder (de flesta är dessa stjärnformade cerebellära mastceller) - fyra gånger merän hela hjärnan tillsammans (kom ihåg att detta är en viktig punkt).
Vad händer med medvetandet om en person delvis förlorar lillhjärnan till följd av en stroke eller under en kirurgs kniv?
Ja, nästan inget kritiskt för medvetandet!
Patienter med denna skada klagar över några problem, som att spela piano mindre flytande eller att skriva på ett klaviatur, men aldrig en fullständig förlust av någon aspekt av deras medvetande.
Den mest detaljerade studien om effekterna av cerebellära skador på kognitiv funktion, omfattande studerad i samband med . Men även i dessa fall, förutom samordning och rumsliga problem (ovan), endast icke-kritiska kränkningar av de verkställande aspekterna av ledningen, kännetecknad av , frånvaro och en liten minskning av inlärningsförmågan.
Den omfattande cerebellarapparaten har inget samband med subjektiva upplevelser. Varför? Dess neurala nätverk innehåller en viktig ledtråd - det är extremt enhetligt och parallellt.
Lillhjärnan är nästan helt och hållet en feedforward-krets: en rad neuroner matar nästa, vilket i sin tur påverkar den tredje. Det finns inga återkopplingsslingor som resonerar fram och tillbaka inom den elektriska aktiviteten. Dessutom är lillhjärnan funktionellt uppdelad i hundratals, om inte fler, oberoende beräkningsmoduler. Var och en arbetar parallellt, med separata och icke-överlappande ingångar och utgångar som styr rörelse eller olika motoriska eller kognitiva system. De interagerar knappast med varandra, medan detta i fallet med medvetande är en annan oumbärlig egenskap.
Den viktiga lärdomen som kan dras från analysen av ryggmärgen och lillhjärnan är att medvetandets geni inte föds så lätt vid någon punkt av excitation av nervvävnaden. Något annat behövs. Denna ytterligare faktor ligger i den grå substansen som utgör den ökända hjärnbarken - dess yttre yta. Alla tillgängliga bevis tyder på att förnimmelser involverar vävnad.
Du kan begränsa området där medvetandets fokus ligger ännu mer. Ta till exempel experiment där höger och vänster öga utsätts för olika stimuli. Föreställ dig att ett foto av en Lada Priora endast är synligt för ditt vänstra öga, och ett foto av en Tesla S är synligt endast till höger. Vi kan anta att du kommer att se en ny bil från överlagringar av Lada och Tesla ovanpå varandra. Faktum är att du kommer att se Lada i några sekunder, varefter han försvinner och Tesla kommer att dyka upp – och sedan kommer hon att försvinna och Lada dyker upp igen. Två bilder kommer att ersätta varandra i en oändlig dans – forskare kallar denna kikaretävling, eller retinaltävling. Hjärnan tar emot tvetydig information utifrån, och den kan inte avgöra: är det en Lada eller en Tesla?
När du ligger inuti en hjärnskanner hittar forskare aktivitet i ett brett spektrum av kortikala områden, gemensamt kallade den bakre varma zonen. Dessa är de parietala, occipitala och temporala regionerna på baksidan av hjärnan, och de spelar den viktigaste rollen för att spåra vad vi ser.
Intressant nog reflekterar den primära visuella cortex, som tar emot och överför information från ögonen, inte vad en person ser. En liknande arbetsfördelning observeras också vid hörsel och beröring: de primära hörsel- och primära somatosensoriska cortexerna bidrar inte direkt till innehållet i auditiv och somatosensorisk upplevelse. Medveten uppfattning (inklusive bilder av Lada och Tesla) ger upphov till efterföljande stadier av bearbetning - i den bakre varma zonen.
Det visar sig att visuella bilder, ljud och andra livsförnimmelser har sitt ursprung i hjärnans bakre cortex. Så vitt neurovetare kan säga har nästan alla medvetna upplevelser sitt ursprung där.
Medvetenhetsräknare
För operationer läggs till exempel patienter under narkos så att de inte rör på sig, bibehåller stabilt blodtryck, inte upplever smärta och därefter inte har traumatiska minnen. Tyvärr uppnås detta inte alltid: varje år är hundratals patienter under narkos i en eller annan grad vid medvetande.
En annan kategori patienter med allvarliga hjärnskador till följd av trauma, infektion eller svår förgiftning kan leva i åratal utan att kunna tala eller svara på samtal. Att bevisa att de upplever livet är en extremt svår uppgift.
Föreställ dig en astronaut som går vilse i universum och lyssnar på uppdragskontroll som försöker kontakta honom. Den trasiga radion sänder inte hans röst, varför världen anser att han är saknad. Ungefär så kan man beskriva den desperata situationen för patienter vars skadade hjärnor har berövat dem kontakten med världen – en sorts extrem form av isoleringscell.
I början av 2000-talet var Giulio Tononi från University of Wisconsin-Madison och Marcello Massimini banbrytande för en metod som kallas för att avgöra om en person är vid medvetande eller inte.
Forskare applicerade en spole av mantlade ledningar på huvudet och skickade ut en stöt (zap) - en stark laddning av magnetisk energi som orsakade en kortvarig elektrisk ström. Detta exciterade och hämmade partnerneuronceller i anslutna regioner av kretsen, och vågen resonerade i hela hjärnbarken tills aktiviteten dog ut.
Ett nätverk av huvudmonterade elektroencefalogramsensorer registrerade elektriska signaler. När signalerna gradvis spreds omvandlades deras spår, som var och en motsvarade en specifik punkt under ytan av skallen, till en film.
Inspelningarna visade inte på någon typisk algoritm – men de var inte heller helt slumpmässiga.
Intressant nog, ju mer förutsägbara på-och-av-rytmerna var, desto mer sannolikt var det att hjärnan var medvetslös. Forskarna mätte detta antagande genom att komprimera videodata med en algoritm som används för att arkivera datorfiler i ZIP-format. Kompression gav en bedömning av komplexiteten i hjärnans svar. Frivilliga som var vid medvetande visade ett "perturbationskomplexitetsindex" på 0,31 till 0,70, med indexet fallande under 0,31 om de var i ett tillstånd av djup sömn eller under narkos.
Teamet testade sedan zip och zap på 81 patienter som antingen var minimalt medvetna eller medvetslösa (komatösa). I den första gruppen, som visade vissa tecken på oreflekterat beteende, visade metoden korrekt att 36 av 38 var vid medvetande. Av de 43 patienter i ett "grönsakstillstånd" som släktingar i spetsen för sjukhussängen aldrig kunde etablera kommunikation med, klassades 34 som medvetslösa och ytterligare nio var det inte. Deras hjärnor reagerade på samma sätt som de som var vid medvetande, vilket betyder att de också var medvetna men inte kunde kommunicera med sin familj.
Aktuell forskning syftar till att standardisera och förbättra tekniken för neurologiska patienter, samt att utvidga den till patienter på psykiatriska och pediatriska avdelningar. Med tiden kommer forskare att identifiera den specifika uppsättning neurala mekanismer som ger upphov till upplevelser.
I slutändan behöver vi en övertygande vetenskaplig teori om medvetande som kommer att besvara frågan under vilka förhållanden ett givet fysiskt system – vare sig det är en komplex kedja av neuroner eller kiseltransistorer – upplever förnimmelser. Och varför är kvaliteten på upplevelsen annorlunda? Varför känns en klarblå himmel annorlunda än ljudet av en dåligt stämd fiol? Har dessa skillnader i förnimmelser någon specifik funktion? Om ja, vilken? Teorin kommer att tillåta oss att förutsäga vilka system som kommer att kunna känna av något. I avsaknad av en teori med testbara förutsägelser baseras alla slutsatser om maskinmedvetande enbart på vår maginstinkt, som, som vetenskapshistorien har visat, bör förlitas på med försiktighet.
En av huvudteorierna om medvetande är teorin (GWT), framförd av psykologen Bernard Baars och neuroforskarna Stanislas Dean och Jean-Pierre Changeux.
Till att börja med hävdar de att när en person är medveten om något, kommer många olika delar av hjärnan åt denna information. Om en person agerar omedvetet är informationen lokaliserad till det specifika sensoriskt-motoriska systemet (sensoriskt-motoriskt) som är involverat. När du till exempel skriver snabbt gör du det automatiskt. Om du får frågan hur du gör detta kommer du inte att kunna svara eftersom du har begränsad tillgång till denna information, som är lokaliserad i de neurala kretsar som kopplar ögonen till fingrarnas snabba rörelser.
Global tillgänglighet genererar bara en ström av medvetande, eftersom om någon process är tillgänglig för alla andra processer, så är den tillgänglig för dem alla - allt är kopplat till allt. Så här implementeras mekanismen för att undertrycka alternativa bilder.
Denna teori förklarar väl alla typer av psykiska störningar, där misslyckanden i individuella funktionella centra, sammankopplade med mönster av neural aktivitet (eller ett helt område av hjärnan), introducerar förvrängningar i det allmänna flödet av "arbetsutrymmet" och därmed förvränger bilden i jämförelse med det "normala" tillståndet (för en frisk person) .
På väg mot en grundläggande teori
GWT-teorin säger att medvetandet härrör från en speciell typ av informationsbehandling: den har varit bekant för oss sedan AI:s gryning, då specialprogram hade tillgång till ett litet, allmänt tillgängligt datalager. All information som registrerats på "anslagstavlan" blev tillgänglig för ett antal hjälpprocesser - arbetsminne, språk, planeringsmodul, igenkänning av ansikten, föremål, etc. Enligt denna teori uppstår medvetande när inkommande sensorisk information som registreras på tavlan är överförs till många kognitiva system - och de bearbetar data för talåtergivning, lagring i minnet eller utförande av handlingar.
Eftersom utrymmet på en sådan anslagstavla är begränsat kan vi bara ha en liten mängd information tillgänglig vid varje givet tillfälle. Nätverket av neuroner som förmedlar dessa meddelanden tros vara beläget i frontal- och parietalloberna.
När denna knappa (spridda) data väl har överförts till nätverket och blir allmänt tillgänglig, blir informationen medveten. Det vill säga subjektet är medvetet om det. Moderna maskiner har ännu inte nått denna nivå av kognitiv komplexitet, men det är bara en tidsfråga.
"GWT"-teorin säger att framtidens datorer kommer att vara medvetna
Den allmänna informationsteorin om medvetande (IIT), utvecklad av Tononi och hans medarbetare, använder en helt annan utgångspunkt: själva upplevelserna. Varje upplevelse har sina egna speciella nyckelegenskaper. Den är immanent, existerar endast för subjektet som "mästaren"; den är strukturerad (en gul taxi saktar ner medan en brun hund springer över gatan); och det är konkret – skiljer sig från alla andra medvetna upplevelser, som en separat ram i en film. Dessutom är den solid och definierad. När du sitter på en parkbänk en varm, klar dag och ser barn leka, kan upplevelsens olika delar – vinden som blåser genom håret, glädjen hos de små som skrattar – inte skiljas från varandra utan att upplevelsen upphör. att vara vad det är.
Tononi postulerar att sådana egenskaper - det vill säga en viss nivå av medvetenhet - har vilken komplex och kopplad mekanism som helst, i vars struktur en uppsättning orsak-och-verkan-relationer är krypterade. Det kommer att kännas som att något kommer inifrån.
Men om mekanismen, som lillhjärnan, saknar komplexitet och anslutning, kommer den inte att vara medveten om någonting. Som denna teori går,
medvetande är en inneboende, betingad förmåga associerad med komplexa mekanismer som den mänskliga hjärnan.
Teorin härrör också från komplexiteten hos den underliggande sammanlänkade strukturen ett enda icke-negativt tal Φ (uttalas "fy"), som kvantifierar denna medvetenhet. Om F är noll är systemet inte alls medvetet om sig självt. Omvänt, ju större antal, desto större inneboende slumpmässig kraft har systemet och desto mer medvetet är det. Hjärnan, som kännetecknas av kolossal och mycket specifik anslutning, har ett mycket högt F, och detta innebär en hög nivå av medvetenhet. Teorin förklarar olika fakta: till exempel varför lillhjärnan inte är involverad i medvetandet eller varför zip- och zap-räknaren faktiskt fungerar (siffrorna som räknaren producerar är F i en grov approximation).
IIT-teorin förutspår att en avancerad digital datorsimulering av den mänskliga hjärnan inte kan vara medveten – även om dess tal inte går att skilja från mänskligt tal. Precis som att simulera den massiva gravitationskraften från ett svart hål inte förvränger rum-tidskontinuumet runt datorn med hjälp av koden, programmerad medvetandet kommer aldrig att föda en medveten dator. Giulio Tononi och Marcello Massimini, Nature 557, S8-S12 (2018)
Enligt IIT kan medvetandet inte beräknas och beräknas: det måste byggas in i systemets struktur.
Huvuduppgiften för moderna neuroforskare är att använda de allt mer sofistikerade verktyg som står till deras förfogande för att studera de oändliga kopplingarna mellan olika neuroner som bildar hjärnan, för att ytterligare avgränsa medvetandets neurala spår. Med tanke på centrala nervsystemets invecklade struktur kommer detta att ta årtionden. Och slutligen formulera en grundläggande teori utifrån befintliga fragment. En teori som kommer att förklara huvudpusslet i vår existens: hur ett organ som väger 1,36 kg och som till sin sammansättning liknar ostmassan förkroppsligar känslan av liv.
En av de mest intressanta tillämpningarna av denna nya teori, enligt min mening, är möjligheten att skapa AI som har medvetenhet och, viktigast av allt, sensationer. Dessutom kommer den grundläggande teorin om medvetande att tillåta oss att utveckla metoder och sätt att implementera en snabbare utveckling av mänskliga kognitiva förmågor. Människan - framtiden.
Källa: will.com