意识体验的起源和本质——有时用拉丁词指代 Qualia - 从最早的古代到最近对我们来说一直是个谜。 许多意识哲学家，包括现代哲学家，认为意识的存在与他们所相信的物质和空虚的世界是如此不可接受的矛盾，以至于他们宣称这是一种幻觉。 换句话说，他们要么在原则上否认感受质的存在，要么声称它们不能被科学有意义地研究。
如果这个判断是真的，这篇文章会很短。 切口下什么也没有。 但是那里有东西......
如果使用科学工具无法理解意识，那么只需要解释为什么你、我和几乎所有人都如此肯定我们有感觉。 然而，一颗坏牙让我流了口水。 使我相信我的痛苦是幻觉的复杂论证不会使我免于这种折磨。 我对这种对灵魂和身体之间联系的死胡同解释没有同情，因此，也许，我会继续。
意识是你感觉到的一切（基于来自感觉器官的信息）然后体验（通过感知和理解）。
一首旋律萦绕在我的脑海中，一股巧克力甜点的味道，一阵无聊的牙痛，对孩子的爱，抽象的思维以及对有一天所有感觉都会结束的理解。
科学家们正在逐步接近解决一个长期困扰哲学家的谜团。 并且这项科学研究的高潮是预期的 - 一种结构化的意识工作理论。 应用该理论的最引人注目的例子是成熟的人工智能（这并不排除在没有意识理论的情况下出现人工智能的可能性，而是基于人工智能发展中已有的经验方法）
大多数科学家认为意识是理所当然的，并努力理解它与科学所描述的客观世界的联系。 四分之一个世纪前弗朗西斯·克里克等人 决定搁置关于意识的哲学讨论（至少从亚里士多德时代起科学家们就开始关注意识），转而开始寻找它的物理痕迹。
究竟是什么在髓质高度兴奋的部分产生了意识？ 了解这一点，科学家们有望更接近于解决更根本的问题。
特别是，神经科学家正在寻找意识的神经关联（NCC） - 最小的神经机制共同足以满足任何特定的有意识的感觉体验。
例如，大脑中一定发生了什么，才会让你体验到牙痛？ 有些神经细胞应该以某种神奇的频率振动吗？ 是否需要激活一些特殊的“意识神经元”？ 这些细胞位于大脑的哪些区域？
意识的神经关联
在 NKS 的定义中，“最低”条款很重要。 毕竟，大脑作为一个整体可以被认为是 NCS - 它每天都会产生感觉。 然而，可以更精确地识别位置。 以脊髓为例，这是一根 46 厘米长的柔性神经组织管，位于脊柱内，包含大约十亿个神经细胞。 如果由于受伤，脊髓完全受损直至颈部区域，受害人的腿部、手臂和躯干将瘫痪，他将无法控制肠子和膀胱，并且将被剥夺身体感觉。 然而，这些瘫痪患者继续体验各种不同的生活：他们看到、听到、闻到、体验情感和记忆，就像悲惨事件从根本上改变他们的生活之前一样。
或者以小脑为例，即大脑后部的“小脑袋”。 这个大脑系统是进化意义上最古老的大脑系统之一，涉及运动技能、身体姿势和步态的控制，还负责灵活执行复杂的动作序列。
弹钢琴、在键盘上打字、花样滑冰或攀岩——所有这些活动都涉及小脑。 它配备了最著名的神经元，称为浦肯野细胞，它们的卷须像珊瑚海扇一样翻滚，并具有复杂的电动力学。 小脑还含有 最大数量的神经元, 约 69 亿（主要是星形小脑肥大细胞）- 四倍多比整个大脑放在一起（记住 - 这是重要的一点）。
如果一个人由于中风或在外科医生的刀下部分失去小脑，意识会发生什么变化？
是的，几乎没有什么对意识至关重要！
患有这种损伤的患者抱怨有几个问题，例如钢琴演奏不太流畅或在键盘上打字不太灵巧，但他们的意识的任何方面都不会完全丧失。
关于小脑损伤对认知功能影响的最详细研究已在以下背景下进行了广泛研究 . 但即使在这些情况下，除了协调空间问题（上文）之外，只有非严重的管理执行方面的违规行为，其特征是 ，心不在焉，学习能力略有下降。
广泛的小脑器官与主观体验无关。 为什么？ 他的神经网络中包含了一个重要的线索——它是极其均匀和平行的。
小脑几乎完全是一个前馈回路：一组神经元喂养下一组神经元，后者又喂养第三组神经元。 它没有会在电活动方面来回共振的反馈回路。 此外，小脑在功能上被分成数百个，如果不是更多的话，独立的计算模块。 它们中的每一个都并行工作，具有独立且不重叠的输入和输出来控制运动或不同的运动或认知系统。 它们几乎不相互影响，而在意识的情况下，这是另一个不可或缺的特征。
从对脊髓和小脑的分析中得出的一个重要教训是，在神经组织兴奋的任何地方都不会轻易产生意识的天才。 还需要别的东西。 这个额外的因素在于灰质，它构成了臭名昭著的大脑皮层——它的外表面。 所有可用的证据表明，感觉是由 组织。
可以进一步缩小意识中心所在的区域。 例如，进行右眼和左眼暴露于不同刺激的实验。 想象一下，只有您的左眼才能看到 Lada Priora 的照片，而只有您的右眼才能看到 Tesla S 的照片。 可以假设您会看到 Lada 和 Tesla 的一些新车相互重叠。 事实上，几秒钟后你会看到拉达，然后他会消失，特斯拉会出现 - 然后她会消失，拉达会再次出现。 两张图片将在无尽的舞蹈中交替出现——科学家称这种双眼竞争，或视网膜竞争。 大脑从外界接收到模棱两可的信息，无法决定：是拉达还是特斯拉？
如果你躺在记录大脑活动的 CT 扫描仪内，科学家们可以检测到大脑皮层大范围区域的活动，这些区域统称为“后热区”（posterior hot zone）。 这些是后皮质的顶叶、枕叶和颞叶区域，它们在跟踪我们所见事物方面发挥着最重要的作用。
有趣的是，从眼睛接收和传输信息的初级视觉皮层并不反映人的所见。 在听觉和触觉的情况下也观察到类似的分工：初级听觉和初级体感皮层不直接贡献听觉和体感体验的内容。 有意识的感知（包括拉达和特斯拉的图像）是由后续处理阶段产生的——在后热区。
事实证明，视觉图像、声音和其他生命感觉起源于大脑后皮质。 据神经科学家所知，几乎所有有意识的体验都起源于此。
意识计数器
例如，对于手术，患者会被麻醉，这样他们就不会移动，保持稳定的血压，不会感到疼痛，因此也就不会有创伤记忆。 不幸的是，这并不总是可能的：每年都有数百名在麻醉影响下的患者在某种程度上是清醒的。
另一类因外伤、感染或严重中毒而导致严重脑损伤的患者可能多年无法说话或接听电话。 证明他们觉得生活是一项极其艰巨的任务。
想象一下，一名宇航员迷失在宇宙中，听到任务控制中心试图联系他。 坏掉的收音机无法播放他的声音，这就是为什么全世界都认为他失踪了。 这样的事情可以描述患者的绝望处境，他们的大脑受损已经剥夺了他们与世界的联系——一种极端形式的单独监禁。
2000 年代初期，威斯康星大学麦迪逊分校的朱利奥·托诺尼 (Giulio Tononi) 和马塞洛·马西米尼 (Marcello Massimini) 开创了一种名为 判断一个人是否有意识。
科学家们将一圈带护套的电线放在他们的头上，并发出电击 (zap)，这是一种强烈的磁能爆炸，会引起短期电流。 这会激发和抑制电路连接区域中神经元的伙伴细胞，并且波在大脑皮层产生共振，直到活动消退。
头戴式脑电图传感器网络记录电信号。 随着信号逐渐传播，它们的轨迹（每个轨迹对应于头骨表面下的一个特定点）被转换成电影。
录音没有显示任何典型的算法，但它们也不是完全随机的。
有趣的是，闪烁和褪色的节奏越可预测，大脑越有可能处于无意识状态。 科学家们通过使用一种以 ZIP 格式存档计算机文件的算法压缩视频数据来测量这一假设。 压缩提供了对大脑反应复杂性的估计。 有意识的志愿者的“扰动复杂性指数”为 0,31 至 0,70，如果他们处于深度睡眠或麻醉状态，该指数将低于 0,31。
该团队随后对 81 名最低意识或精神错乱（处于昏迷状态）的患者进行了 zip 和 zap 测试。 在第一组中，显示出一些非反射性行为的迹象，该方法正确地表明 36 人中有 38 人是有意识的。 在 43 名处于“植物人”状态的患者中，病床首位的亲属始终无法与其建立联系，其中 34 名被归类为失去知觉，另有 XNUMX 名则没有。 他们的大脑反应与那些有意识的人相似，这意味着他们也有意识，但无法与他们所爱的人交流。
目前的研究旨在标准化和改进神经病学患者的技术，并将其扩展到精神科和儿科的患者。 随着时间的推移，科学家们将确定一组特定的神经机制来产生经验。
最终，我们需要的是一种令人信服的意识科学理论，该理论将回答特定物理系统（无论是神经元或硅晶体管的复杂电路）在什么条件下体验感觉的问题。 为什么体验质量不同？ 为什么晴朗的蓝天和调不好的小提琴发出的刺耳声感觉不同？ 这些感觉上的差异有什么特殊的功能吗？ 如果有，是哪一个？ 该理论将使我们能够预测哪些系统能够感知某些东西。 在缺乏具有可验证预测的理论的情况下，关于机器思维的任何结论都完全基于我们的直觉，科学史表明我们谨慎地依赖这种直觉。
意识的主要理论之一是 (GWT)，由心理学家 Bernard Baars 和神经科学家 Stanislas Dehan 和 Jean-Pierre Changeux 提出。
首先，他们争辩说，当一个人意识到某事时，大脑的许多不同区域都会获得这些信息。 而如果一个人的行为是无意识的，那么信息就会局限在所涉及的特定感觉运动系统（感觉运动）中。 例如，当您快速键入时，您会自动执行。 如果有人问你是怎么做到的，你将无法回答，因为你对这些信息的访问权限有限，这些信息位于连接眼睛和快速手指运动的神经回路中。
全局可访问性只会产生一个意识流，因为如果一个流程对所有其他流程可用，那么它对所有其他流程都可用——一切都与一切相连。 这就是替代图片抑制机制的实现方式。
这种理论很好地解释了各种精神障碍，其中与神经活动模式（或大脑的整个区域）相关的单个功能中心的故障将扭曲引入“工作空间”的一般流程，从而扭曲了画面与（健康人的）“正常”状态相比。
走向基础理论
GWT 理论声称，意识来自一种特殊类型的信息处理，自 AI 诞生以来，我们就熟悉这种信息处理，当时特殊程序可以访问小型公共数据存储。 写在“布告栏”上的任何信息都可用于许多辅助过程——工作记忆、语言、计划模块、面部识别、物体等。根据这一理论，当传入的感官信息记录在布告栏上时，意识就会产生被传输到许多认知系统中——它们处理数据以进行语音再现、存储在内存中或执行操作。
由于公告板上的空间有限，我们在任何给定时刻只能获得少量信息。 传递这些信息的神经元网络大概位于额叶和顶叶。
一旦这些稀疏（分散）的数据被上传到网络并公开，信息就会变得有意识。 也就是说，主体意识到了这一点。 现代机器还没有达到这种认知复杂程度，但这只是时间问题。
“GWT”理论声称未来的计算机将有意识
由 Tononi 及其同事开发的意识的一般信息论 (IIT) 使用了一个非常不同的起点——体验本身。 每种体验都有其特定的关键特征。 它是内在的，只为作为“主人”的主体而存在； 它是结构化的（黄色出租车在棕色狗过马路时减速）； 它是具体的——不同于任何其他有意识的体验，就像电影中的单个画面。 此外，它是完整的和确定的。 当你在一个温暖晴朗的日子坐在公园的长椅上看孩子们玩耍时，体验的各种元素——风吹过你的头发，婴儿笑声带来的快乐——如果没有体验，就无法彼此分开不再是它的样子。
托诺尼假设这些属性——即某种程度的意识——具有任何复杂的共轭机制，在其结构中，一组因果关系被加密。 它会感觉像是来自内部的东西。
但是，如果像小脑一样，该机制缺乏复杂性和偶然性，它就不会意识到任何事情。 正如这个理论所说，
意识是与人类大脑等复杂机制相关的固有随机能力。
该理论还从底层互连结构的复杂性中得出一个量化这种意识的非负数 Φ（发音为“fy”）。 如果 F 等于零，则系统根本不知道自己。 反之，数字越大，系统固有的随机能力越大，越有意识。 具有巨大且高度特定连接性的大脑具有非常高的 F，这表明具有高水平的意识。 该理论解释了各种事实：例如，为什么小脑不参与意识或为什么 zip 和 zap 计数器真的有效（计数器发出的数字粗略估计为 F）。
IIT 理论预测，基于高级数字计算机的人脑模拟不可能是有意识的——即使它的语音与人类语音无法区分。 正如使用代码模拟黑洞的巨大引力不会扭曲计算机周围的时空连续体一样， 程序 意识永远不会产生有意识的计算机。 Giulio Tononi 和 Marcello Massimini，Nature 557，S8-S12 (2018)
根据 IIT，意识无法被计算和计算：它必须被构建到系统的结构中。
现代神经科学家的主要任务是利用他们掌握的越来越复杂的工具研究构成大脑的各种神经元的无尽联系，进一步描绘意识的神经元痕迹。 鉴于中枢神经系统的结构混乱，这将需要数十年的时间。 并最终在现有片断的基础上形成主要理论。 一个理论将解释我们存在的主要难题：一个重达 1,36 公斤、结构类似豆腐的器官如何体现生命的感觉。
在我看来，这一新理论最有趣的应用之一是有可能创造出一种具有意识，最重要的是，具有感觉的人工智能。 此外，意识的基础理论将允许开发方法和途径来实现人类认知能力的更快进化。 人就是未来。
来源： habr.com