CC BY
117
2019.02.012. КОХ К. ЧТО ТАКОЕ СОЗНАНИЕ?
KOCH C. What is consciousness? // Scientific American. - 2018. -
Vol. 318, N 6. - P. 60-64. - DOI: 10.1038/scientificamerican0618-60. -
Mode of access: https://www.scientificamerican.com/article/what-is-
consciousness/
Ключевые слова: сознание; мозг; искусственный интеллект; теория глобального рабочего нейронного пространства; теория интегрированной информации.
Кристоф Кох, один из наиболее известных нейробиологов сознания, президент и руководитель по научной работе Института наук о мозге Аллена, обсуждает актуальные вопросы современных научных исследований сознания.
Сознание, отмечает автор, есть все, что переживается: мелодия в голове, вкус шоколада, зубная боль и т.д. Происхождение и природа опыта человека, так называемые квалиа, являли собой загадку со времен Античности до наших дней. Многие современные аналитические философы сознания, наиболее видным из которых, возможно, является Дэниел Деннет, находят столь неприемлемыми утверждения о существовании сознания в лишенном смысла универсуме материи и пустоты, что провозглашают его не чем иным, как иллюзией: «То есть, - пишет автор, - они отрицают, что квалиа существуют или утверждают, что они [квалиа. - Реф.] никогда не могут содержательно изучаться наукой» (с. 61).
Между тем, по замечанию автора, ухищренные аргументы об иллюзорности сознания едва ли могут ослабить чувство острой зубной боли. В связи с этим автор предлагает искать иные пути исследования феномена сознания. Так, более четверти века назад автор совместно с Фрэнсисом Криком решил отойти от философских дискуссий о природе сознания и вместо этого попытаться найти его физические отпечатки (footprints). По их тогдашнему предположению, прогресс в понимании работы физического субстрата сознания мог бы способствовать продвижению в решении более фундаментальной проблемы. Свою задачу автор видит в нахождении нейронных коррелятов сознания (НКС), определяемых как «минимальные нейронные механизмы, вместе достаточные для любого специфического сознательного опыта. Например, что должно происходить в вашей голове, чтобы вы могли испытывать
зубную боль? Должны ли определенные нервные клетки колебаться с определенной магической частотой? Должны ли быть активированы специальные "нейроны сознания"? В каких регионах мозга могли бы эти клетки находиться?» (с. 61).
Для определения понятия НКС, утверждает автор, важно уточнить, что значит слово «минимальные»? В конце концов, мозг в целом может быть рассмотрен как НКС. Однако физический субстрат сознания может быть определен точнее. Так, повреждения спинного мозга вызывают паралич конечностей и туловища, но не сказываются на возможности обладать опытом - видеть, слышать, обонять, обладать эмоциями, помнить и т. д. Другим примером здесь может выступить мозжечок - «маленький мозг», располагающийся под затылочными долями коры больших полушарий. Эта примечательная структура является одной из наиболее древних в эволюционном отношении и функционально участвующей в обеспечении моторного контроля, походки, осанки и порождения сложных движений (игры на пианино, печати на клавиатуре, катанию на коньках и т.п.). Мозжечок также содержит около 69 млрд нейронов - в 4 раза больше, чем весь остальной мозг. Тем не менее повреждения мозжечка не вызывают потерю субъективного опыта ни в малейшей степени. Субъекты испытывают трудности в координации и плавности действий, однако они в состоянии полноценно воспринимать мир, сохранять чувство Я, память и способность предвидения. Поэтому мозжечок не имеет отношения к порождению сознания. Причины этого могут крыться в организации мозжечка, в котором сигналы передаются в одном направлении без обратной связи - тогда как время выработки субъективного опыта, согласно современным представлениям, предполагает наличие цепей обратной связи. Кроме того, мозжечок функционально разделен на сотни независимых вычислительных модулей, которые работают параллельно и почти не взаимодействуют друг с другом, что, однако, крайне необходимо для возникновения сознания.
Важный урок здесь состоит в том, что сознание не порождается активацией любой нейронной материи. Ключевым фактором здесь оказывается серая материя, из которой состоит кора больших полушарий. Весь имеющийся массив данных говорит в пользу того, что неокортикальная материя производит опыт.
Впрочем, физический носитель сознания может быть идентифицирован еще точнее. Например, в эксперименте, где левому и правому глазу испытуемого изолированно демонстрируются два различных стимула (например, изображения Д. Трампа и Х. Клинтон), субъект не будет обладать неким усредненным опытом двух изображений одновременно. Вместо этого мозг будет поочередно впускать в сознание то одно изображение, то другое, порождая феномен, который получил название бинокулярного соперничества. При этом фиксация активности мозга субъекта в этот момент покажет, что большая группа регионов коры, располагающаяся в задней части мозга, является возбужденной. Для зрительного опыта наиболее важны задние регионы коры, находящиеся в теменной, затылочной и височной долях мозга. Также важно, что информация, обрабатываемая первичной зрительной (аудитивной, сомато-сенсорной) корой, не осознается субъектом непосредственно, а передается более высокоуровневым регионам, где и находит свое отражение в сознании.
Кроме того, клинические данные, полученные по результатам прямой электростимуляции коры мозга, а также из исследований пациентов с поражениями мозга, говорят, что фронтальные регионы коры не имеют отношения к порождению сознания. Стимуляция задних областей коры, напротив, неизменно вызывала определенный опыт (вспышки света, геометрические формы, слуховые или зрительные галлюцинации и т.д.), а поражение этих регионов вело к потере целых классов опыта (способности узнавать лица, цвета и т.д.). В чем же тогда различие, спрашивает автор, между не имеющей отношения к сознанию фронтальной корой и задними регионами мозга, от которых зависит опыт?
В настоящее время существует клиническая необходимость разработки устройства, которое позволило бы надежно определять наличие или отсутствие сознания у людей с поражениями мозга или пациентов, находящихся под общим наркозом. Например, пациенты с серьезными поражениями мозга вследствие травмы или инфекции могут сохранять сознательную жизнь долгие годы, не будучи в состоянии говорить или отвечать каким-либо образом на вербальные просьбы. Возможность установления наличия сознания у таких пациентов представляет собой серьезный вызов для клинической практики.
В начале 2000-х годов нейроученые Джулио Тонони и Мар-селло Массимини предложили технику «разряда и архивирования» (zap and zip) для определения наличия сознания. Суть их метода заключалась в неинвазивной стимуляции мозга интенсивными магнитными импульсами, генерируемыми расположенной у головы катушкой из проводов. Импульсы вызывали волны активности нейронов, распространяющиеся по коре и фиксируемые электроэнцефалографом. Важно, что «чем более предсказуемыми были эти нарастающие и затухающие ритмы, - пишет автор, - тем с большей вероятностью мозг находился в бессознательном состоянии» (с. 62). Для числовой оценки данных был применен метод, используемый для архивирования компьютерных файлов. В результате был составлен индекс сложности мозгового отклика со значениями от 0.31 до 0.7 для находящихся в сознании людей и менее 0.31 для людей под общим наркозом или в фазе глубокого сна.
Далее метод «разряда и архивирования» был испытан на 81 пациенте с минимальным присутствием сознания или в вегетативном состоянии. Лишь двое из 38 пациентов с минимальным присутствием сознания были ошибочно идентифицированы как находящиеся без сознания. Однако в отношении 9 из 43 пациентов в вегетативном состоянии метод разряда и архивирования показал присутствие сознания.
В настоящее время метод Дж. Тонони и М. Массимини совершенствуется и оптимизируется для неврологических, психиатрических и педиатрических пациентов. Рано или поздно, отмечает автор, ученые смогут определить специфические нейронные механизмы субъективного опыта, однако это не даст ответа на более фундаментальные вопросы: «Почему эти нейроны, а не другие? Почему именно эта частота, а не другая?» (с. 63). В конце концов, что именно заключается в материи мозга такого, что позволяет ей производить сознание? Автор полагает, что в конечном итоге требуется удовлетворительная научная теория сознания, которая сможет предсказать, при каких условиях любая физическая система, будь то сложная сеть нейронов или кремниевых транзисторов, обладает опытом.
Ожесточенные дискуссии развернулись вокруг двух наиболее популярных научных теорий сознания. Первая - это теория глобального нейронного рабочего пространства (ГНРП) психолога
Бернарда Баарса и нейроученых Станисласа Деана и Жан-Пьера Шанже. Начальный постулат этой теории гласит, что сознание какой-либо информации предполагает, что многие различные части мозга обладают доступом к этой информации. Напротив, если субъект осуществляет действия без сознательного контроля как во время автоматизированных действий, обработка ограничивается только специфической сенсорной или моторной областью.
Согласно теории ГНРП, сознание возникает из частного типа обработки информации, известного с ранних дней искусственного интеллекта и предполагающего доступ специфических программ к небольшому общему хранилищу информации. Теория ГНРП постулирует, что сознательный опыт имеет место тогда, когда информация, находящаяся в подобного рода общем буфере, глобально транслируется многим когнитивным системам: речи, памяти или действия. А в силу того что глобальное рабочее пространство обладает ограниченной вместимостью, субъекты могут сознавать только небольшой объем информации в каждый момент. Также из теории ГНРП следует, что, хотя современные компьютеры не достигают необходимого для наличия опыта уровня сложности когнитивной обработки, компьютеры будущего могут быть сознающими.
Вторая популярная научная теория сознания - это теория интегрированной информации (ТИИ), развиваемая Джулио Тоно-ни и его коллегами, включая автора. Ее стартовый пункт - это описание самого сознания. Так, сознание обладает определенными сущностными характеристиками. Оно существует только для его обладателя, оно структурировано и специфично - в каждый момент сознательный опыт является уникальным и отличным от других. Оно также является объединенным и определенным - нельзя разделить его на части. Тонони утверждает, что «любой сложный механизм, структура которого кодирует набор взаимоотношений причины - следствия, будет обладать этими свойствами и потому иметь определенный уровень сознания» (с. 64).
ТИИ также на основе сложности взаимосвязанной структуры механизма опыта вводит положительное число Ф (фай) - количественный показатель сознания. При Ф, равном 0, система не обладает опытом. Соответственно, чем выше показатель Ф, тем большей каузальной силой обладает система. Мозг с его огромным числом связей обладает очень большим Ф и уровнем сознания.
ТИИ, таким образом, может объяснить, почему мозжечок не обладает сознанием и предсказывает, что симуляция человеческого мозга на цифровом компьютере не будет обладать сознанием (аналогично тому, как симуляция черной дыры не будет искривлять пространство и время вокруг компьютера). «Сознание не может быть вычислено, оно должно быть встроено в структуру системы».
Подводя итоги, автор отмечает, что перед наукой о сознании стоят два серьезных вызова. Первый вызов заключается в определении физических отпечатков опыта, второй вызов - эмпирическая проверка и фальсификация двух ведущих современных научных теорий сознания. Или же разработка на их основе какой-либо иной теории, которая лучшим образом сможет объяснить загадочный феномен сознания.
М.А. Сущин
2019.02.013. ЙОН Д., ДЕ ЛАНГЕ Ф., ПРЕСС К. ПРЕДСКАЗЫВАЮЩИЙ МОЗГ КАК УПОРНЫЙ УЧЕНЫЙ. YON D., DE LANGE F., PRESS C. The predictive brain as a stubborn scientist // Trends in cognitive sciences. - 2019. - Vol. 23, N 1. - P. 68. - Mode of access: https://doi.org/10.1016/j.tics. 2018.10.003
Ключевые слова: когнитивная наука; мозг; перцептивные предсказания; предсказывающее кодирование; байесовская теория восприятия.
Авторы, нейроученые из Нидерландов и Великобритании, обсуждают теоретические основания программы предсказывающего кодирования (ПК) - значимого направления в современной когнитивной науке и нейронауках. В центре их внимания находится ключевое понятие идеи ПК и байесовских моделей восприятия -понятие перцептивного и моторного предсказания.
Традиционно байесовские модели восприятия сравнивались с идеализированным ученым, формулирующим гипотезы, сопоставляющим их с данными и вносящим, если нужно, соответствующие коррективы. Так и перцептивные системы, согласно байесовским моделям и программе ПК, порождают гипотезы о внешнем мире, сравнивают их с данными, поставляемыми чувствами, и используют имеющиеся несоответствия, чтобы внести коррективы в предсказания. «Предсказания постоянно обновляют-
