Походження та природа свідомих переживань - іноді їх називають латинським словом qualia — були для нас загадкою з ранньої античності аж до недавнього часу. Багато філософів свідомості і в тому числі сучасні вважають існування свідомості настільки неприпустимим протиріччям тому, що, на їхню думку, є світ з матерії та порожнечі, що оголошують його ілюзією. Іншими словами, вони або заперечують існування qualia у принципі, або заявляють, що їх неможливо осмислено вивчити за допомогою науки.
Якби ця думка була правдивою — це стаття була б дуже коротка. І під катом нічого не було б. Але там дещо є.
Якщо свідомість неможливо осмислити за допомогою інструментів науки, знадобилося б лише пояснити, чому ви, я і майже всі інші, так впевнені в тому, що в нас взагалі є почуття. Проте хворий зуб викликав у мене флюс. Витончений аргумент з метою переконати в тому, що мій біль ілюзорний, ні на йоту не позбавить мене цих мук. Я не маю симпатії до такого глухого тлумачення зв'язку між душею і тілом, тому, мабуть, продовжу.
Свідомість - це все, що ти відчуваєш (на основі інформації від сенсорних органів чуття), а потім переживаєш (за рахунок сприйняття та осмислення).
Застрягла в голові мелодія, смак шоколадного десерту, зубний біль, що свердлить, любов до дитини, абстрактне мислення і розуміння того, що одного разу всім відчуттям прийде кінець.
Вчені потроху наближаються до розгадки таємниці, яка тривалий час хвилювала філософів. І кульмінацією цих наукових досліджень очікується — структурована робоча теорія свідомості. Найяскравіший приклад застосування цієї теорії - повноцінний ІІ (це не виключає можливість появи ІІ без теорії свідомості, а на основі вже існуючих емпіричних підходів у розробці ІІ)
Більшість вчених сприймають свідомість як даність і прагнуть зрозуміти його зв'язок з об'єктивним світом, який описує наука. Чверть століття тому Френсіс Крик та інші вирішили відкласти убік філософські дискусії про свідомість (які хвилювали наукових чоловіків як мінімум з часів Аристотеля) і натомість пуститись у пошуки його фізичних слідів.
Що саме у надзвичайно збудливій частині мозкової речовини породжує свідомість? Дізнавшись про це, вчені можуть сподіватися наблизитися до вирішення більш фундаментальної проблеми.
Зокрема, нейробіологи шукають нейронні кореляти свідомості (НКР). найменші нейронні механізми, разом достатні для будь-якого конкретного усвідомленого досвіду у відчуттях.
Що має відбуватися в мозку, щоб ви відчували зубний біль, наприклад? Якісь нервові клітини мають вібрувати з якоюсь магічною частотою? Чи потрібно активувати якісь особливі нейрони свідомості? У яких зонах мозку такі клітини могли б розташовуватись?
Нейронні кореляти свідомості
У визначенні НКР важливе застереження «мінімальне». Адже мозок як єдине ціле можна вважати НКР — день у день він породжує відчуття. І все ж таки місце розташування можна позначити ще точніше. Візьмемо спинний мозок - 46-сантиметрову гнучку трубку нервової тканини всередині хребта, що містить близько мільярда нервових клітин. Якщо в результаті травми спинний мозок повністю пошкоджений аж до шийної зони, у потерпілого паралізує ноги, руки та тулуб, він не зможе контролювати кишечник та сечовий міхур і буде позбавлений тілесних відчуттів. Проте такі паралітики продовжують пізнавати життя в усьому її розмаїтості: вони бачать, чують, нюхають, відчувають емоції і пам'ятають так само добре, як і до того, як трагічна подія докорінно змінила їхнє життя.
Або взяти мозок — «маленький мозок» у задній частині мозку. Ця мозкова система, одна з найдавніших в еволюційному сенсі, бере участь у контролі за моторикою, положенням тіла та ходою, а також відповідає за спритне виконання складних послідовностей рухів.
Гра на піаніно, друкування на клавіатурі, фігурне катання або скелелазіння - у всіх цих заняттях задіяний мозок. Він оснащений найзнаменитішими нейронами під назвою клітини Пуркіньє, які мають вусики, що майорять, як корал морський віяло, і таять у собі складну електричну динаміку. А ще мозок містить найбільше нейронів, близько 69 мільярдів (в основному це мозочкові лаброцити у формі зірок). у чотири рази більшечим весь мозок разом узятий (запам'ятайте - це важливий момент).
Що відбувається зі свідомістю, якщо людина в результаті інсульту чи під ножем хірурга частково позбавляється мозочка?
Та майже нічого критичного для свідомості!
Пацієнти з таким ушкодженням скаржаться на кілька проблем, на кшталт менш швидкої гри на піаніно або менш спритного друкування на клавіатурі, — але ніколи на повну втрату якогось із аспектів своєї свідомості.
Найбільш детальне дослідження про вплив ушкоджень мозочка на когнітивні функції, широко вивчене в контексті . Але навіть у цих випадках, крім координаційно-просторових проблем (вище), встановлені лише некритичні порушення виконавчих аспектів управління, що характеризуються , розсіяністю та незначним зниженням здатності до навчання.
Великий мозочковий апарат не має відношення до суб'єктивних переживань. Чому? Важливу підказку містить його нейронна мережа - вона єдина і паралельна.
Мозок - це практично повністю ланцюг прямого поширення: один ряд нейронів живить наступний, який, у свою чергу, впливає на третій. У ньому немає петель зворотного зв'язку, які туди-сюди резонували б у рамках електричної активності. Більше того, мозок функціонально ділиться на сотні, якщо не більше, незалежних обчислювальних модулів. Кожен з них працює паралельно, з відокремленими входами-виходом, що не накладаються один на одного, які контролюють рухи або різні моторні або когнітивні системи. Вони майже не взаємодіють один з одним, тоді як у разі свідомості це ще одна неодмінна характеристика.
Важливий урок, який можна винести з аналізу спинного мозку та мозочка, полягає в тому, що геній свідомості не народжується так просто в будь-якому місці збудження нервової тканини. Потрібно ще дещо. Цей додатковий фактор криється в сірій речовині, яка становить горезвісну кору головного мозку - його зовнішню поверхню. Усі наявні дані свідчать про те, що у породженні відчуттів беруть участь тканини.
Можна звузити область розташування осередку свідомості ще більше. Візьмемо, наприклад, експерименти, у яких праве і ліве око піддають впливу різних подразників. Уявіть, що фотографія «Лади Пріори» помітна лише вашому лівому оку, а знімок «Тесла S» — лише правому. Можна припустити, що ви побачите якийсь новий автомобіль із накладень Лади та Тесла один на одного. Насправді протягом кількох секунд ви будете бачити Ладу, після чого він зникне і з'явиться Тесла - а потім вона пропаде, і знову з'явиться Лада. Дві картинки в нескінченному танці змінюватимуть один одного — вчені називають це бінокулярним змаганням, або суперництвом сітківок. В мозок надходить неоднозначна інформація ззовні, і він не може визначитися: Лада це чи Тесла?
Якщо при цьому ви лежите всередині томографа, що реєструє мозкову діяльність, вчені констатують активність у широкому спектрі кортикальних зон, які називаються «задньою гарячою зоною» (posterior hot zone). Це тім'яні, потиличні та скроневі області задньої частини кори мозку, і вони відіграють найважливішу роль у відстеженні того, що ми бачимо.
Цікаво, що первинна зорова кора, яка отримує і передає інформацію, що надходить від очей, не відображає того, що бачить людина. Подібний поділ праці, спостерігається також і у разі слуху та дотику: первинна слухова та первинна соматосенсорна кора не вносять безпосереднього вкладу у зміст слухового та соматосенсорного досвіду. Свідоме сприйняття (включаючи образи Лади та Тесла) породжують наступні стадії обробки – у задній гарячій зоні.
Виходить, що візуальні образи, звуки та інші життєві відчуття зароджуються в межах задньої кори головного мозку. Наскільки нейробіологи можуть судити, майже всі усвідомлені переживання беруть початок саме там.
Лічильник свідомості
Для операцій, наприклад, хворих піддають наркозу, щоб вони рухалися, зберігали стабільний кров'яний тиск, не відчували болю, а згодом вони мали травматичних спогадів. На жаль, це вдається досягти не завжди: щороку сотні пацієнтів під дією анестезії перебувають тією чи іншою мірою у свідомості.
Інша категорія хворих із серйозним ушкодженням мозку внаслідок травми, інфекцій чи тяжкого отруєння може роками існувати, не маючи можливості розмовляти чи реагувати на звернення. Довести, що вони відчувають життя, є вкрай важким завданням.
Уявіть собі загубленого у всесвіті космонавта, який уважає спроб центру управління польотами зв'язатися з ним. Радіо, яке вийшло з ладу, не транслює його голос, чому світ вважає його зниклим безвісти. Приблизно так можна описати безвихідну ситуацію хворих, чий ушкоджений мозок позбавив їх контакту зі світом, - свого роду крайня форма одиночного ув'язнення.
На початку 2000-х років Джуліо Тононі з Вісконсінського університету в Мадісоні та Марчелло Массіміні, вперше застосували метод під назвою , щоб визначити, у свідомості людина чи ні.
Вчені прикладали до голови котушку з проводами в оболонці та посилали удар струмом (zap) – сильний заряд магнітної енергії, який викликав короткочасний електричний струм. Це збуджувало та гальмувало партнерські клітини нейронів у зв'язаних областях ланцюга, і хвиля резонувала по корі мозку доти, доки активність не згасала.
Мережа закріплених на голові датчиків електроенцефалограм записувала електричні сигнали. У міру поступового поширення сигналів їх сліди, кожен із яких відповідав певній точці під поверхнею черепа, перетворювалися на фільм.
Записи не демонстрували якогось типового алгоритму — але й не були випадковими.
Цікаво, що чим більш передбачуваними були ритми, що спалахували і згасають, тим більшою була частка ймовірності того, що мозок був у несвідомому стані. Вчені заміряли це припущення, стиснувши дані відеоза допомогою алгоритму, яким архівують комп'ютерні файли в ZIP-форматі. Стиснення надало оцінку складності реакції мозку. Добровольці, які були у свідомості, продемонстрували «показник складності пертурбацій» від 0,31 до 0,70, причому індекс падав нижче 0,31, якщо вони були в стані глибокого сну або під наркозом.
Потім команда випробувала zip and zap на 81 пацієнті, які були в мінімальній свідомості або неосудні (у комі). У першій групі, демонструвала деякі ознаки нерефлексивного поведінки, метод коректно показав, що 36 з 38 перебувають у свідомості. Із 43 хворих у «овочевому» стані, з якими родичі біля уголів лікарняного ліжка жодного разу не змогли встановити комунікацію, 34 були віднесені до категорії несвідомих, а ще дев'ять — ні. Їхній мозок реагував аналогічно тим, хто був у свідомості, що означало, що вони також були у свідомості, але при цьому не в змозі спілкуватися з рідними.
Поточні дослідження ставлять за мету стандартизувати та вдосконалити методику для неврологічних хворих, а також поширити її на пацієнтів психіатричних та педіатричних відділень. Згодом вчені виявлять конкретний набір нервових механізмів, що породжують переживання.
За великим рахунком нам потрібна переконлива наукова теорія свідомості, яка відповість на запитання, за яких умов та чи інша фізична система — складний ланцюг нейронів чи кремнієвих транзисторів — відчуває відчуття. І чому якість переживань відрізняється? Чому чисте синє небо відчувається інакше, ніж скрегіт погано налаштованої скрипки? Чи є у цих відмінностей у відчуттях якась певна функція? Якщо так, то яка? Теорія дозволить передбачати, які системи будуть здатні щось відчувати. За відсутності теорії з прогнозами, що піддаються перевірці, будь-який висновок на тему свідомості машин грунтується виключно на нашому внутрішньому чуття, на яке, як показала історія науки, слід покладатися з обережністю.
Однією з основних теорій свідомості є теорія (GWT), висунута психологом Бернардом Баарсом та нейробіологами Станісласом Деаном та Жан-П'єром Шанже.
Для початку вони стверджують, що коли людина щось усвідомлює, доступ до цієї інформації отримують безліч різних областей мозку. Тоді як людина діє несвідомо, інформація локалізується у конкретній задіяної чуттєво-рухової системі (сенсорно-моторной). Наприклад, коли ви швидко друкуєте, ви робите це автоматом. Якщо вас спитати, як ви це робите, ви не зумієте відповісти, оскільки маєте обмежений доступ до цієї інформації, що локалізується в нервових ланцюгах, що зв'язують очі зі швидкими рухами пальців.
Глобальна доступність породжує лише один потік свідомості, оскільки якщо якийсь процес доступний усім іншим процесам, він доступний їм усім – все пов'язано з усім. Так здійснюється механізм придушення альтернативних картин.
Подібна теорія добре пояснює будь-які порушення психіки, де збої окремих функціональних центрів, пов'язані патернами нейронної активності (або цілої області мозку), вносять спотворення в загальний потік робочого простору, тим самим спотворюючи картинку в порівнянні з нормальним станом (здорової людини). .
На шляху до фундаментальної теорії
Теорія «GWT» стверджує, що свідомість походить з особливого типу переробки інформації: він знайомий нам з часів зародження ІІ, коли спеціальні програми мали доступ до невеликого загальнодоступного сховища даних. Будь-які відомості, записані на «дошку оголошень», ставали доступними для цілого ряду допоміжних процесів — оперативна пам'ять, мова, модуль планування, розпізнавання осіб, об'єктів тощо. у безліч когнітивних систем — вони переробляють дані для мовного відтворення, зберігання у пам'яті чи здійснення дій.
Оскільки місце на такій дошці оголошень обмежене, у кожний конкретний момент ми можемо мати лише незначний обсяг інформації. Мережа нейронів, що передають ці повідомлення, імовірно розташовується в лобовій та тім'яній частках.
Як тільки ці мізерні (розрізнені) дані передаються на мережу і стають загальнодоступними, інформація стає свідомою. Тобто суб'єкт її усвідомлює. Сучасні машини поки що не дійшли до такого рівня когнітивної складності, але це лише питання часу.
Теорія GWT стверджує, що комп'ютери майбутнього будуть усвідомленими.
Загальна інформаційна теорія свідомості (IIT), розроблена Тононі та її соратниками, використовує зовсім іншу відправну точку - самі переживання. Кожне переживання має свої особливі ключові характеристики. Воно є іманентним, існує лише для суб'єкта як «господаря»; воно структуроване (жовте таксі гальмує, поки коричневий пес переходить вулицю); і воно конкретно - відрізняється від будь-якого іншого свідомого переживання, як окремий кадр у кіно. Крім того, воно цілісне та певне. Коли теплим ясним днем ви сидите в парку на лавці і спостерігаєте за грою дітей, різні елементи досвіду - вітер, що розвіває волосся, відчуття радості від сміху малюків - не можна відокремити один від одного без того, щоб переживання не перестало бути тим, чим воно є.
Тононі постулює, що такі властивості — тобто певний рівень усвідомленості — має будь-який складний і пов'язаний механізм, у структурі якого зашифровано набір причинно-наслідкових зв'язків. Це відчуватиметься як щось, що йде зсередини.
А от якщо, подібно до мозочка, механізму не вистачає складності та сполученості, він не усвідомлюватиме нічого. Як свідчить ця теорія,
свідомість - невід'ємна випадкова здатність, пов'язана з такими складними механізмами, як людський мозок.
Теорія також виводить зі складності взаємопов'язаної структури, що лежить в основі, єдине невід'ємне число Φ (pronounced “fy”), яке кількісно виражає цю усвідомленість. Якщо Ф дорівнює нулю, система взагалі не усвідомлює. І навпаки, що більше число, то більшою невід'ємною випадковою силою має система і більше свідома. У мозку, якому властива колосальна та високоспецифічна зв'язність, дуже високий Ф, і це передбачає високий рівень усвідомленості. Теорія пояснює різні факти: наприклад, чому мозочок не задіяний у свідомості або чому zip and zap лічильник реально працює (цифри, що видаються лічильником, — це Ф у грубому наближенні).
Теорія IIT прогнозує, що просунута симуляція людського мозку на базі цифрового комп'ютера не може бути свідомою — навіть якщо її мова неможливо відрізнити від людської. Подібно до того, як симуляція масштабного гравітаційного тяжіння чорної діри не деформує просторово-часовий континуум навколо комп'ютера, що застосовує код, спрограмоване свідомість ніколи не породить свідомий комп'ютер. Джуліо Тононі та Марчелло Массіміні, журнал «Nature» 557, S8-S12 (2018)
Відповідно до IIT - свідомість не можна прорахувати і обчислити: вона має бути вбудована в структуру системи.
Головне завдання сучасних нейробіологів використовувати все більш досконалі інструменти у вивченні безкрайніх сполук різноманітних нейронів, які утворюють мозок, для подальшого окреслення нейронних слідів свідомості. З урахуванням плутаного пристрою ЦНС на це піде десятиліття. І нарешті сформулювати основну теорію з урахуванням фрагментів існуючих. Теорію, яка розтлумачить головну головоломку нашого існування: як орган, що важить 1,36 кг і за складом нагадує соєвий сир, втілює почуття життя.
Одна з найцікавіших застосувань цієї нової теорії, на мій погляд, - це можливість створення ІІ, що володіє свідомістю і найважливіше - відчуттями. Більше того, фундаментальна теорія свідомості дозволить розробити методи та шляхи реалізації швидшої еволюції когнітивних здібностей людини. Людину – майбутнього.
Джерело: habr.com