Co to jest świadomość? Tak, właściwie wszystko. To melodia, która utknęła w głowie, słodycz czekolady, pulsujący ból zęba, dzika miłość, świadomość, że wszystkie uczucia kiedykolwiek znikną. Pochodzenie i natura tych doświadczeń, nazywanych niekiedy qualiami, pozostawały tajemnicą od najwcześniejszych dni starożytności po dzień dzisiejszy. Wielu współczesnych filozofów analizujących umysł, w tym Daniel Dennett z Tufts University, uważa istnienie świadomości za tak rażącą zniewagę dla bezsensownego wszechświata materii i pustki, że uznają to za iluzję. Oznacza to, że albo zaprzeczają istnieniu qualiów, albo argumentują, że nauka nigdy tego nie zrozumie.
Gdyby to stwierdzenie było prawdą, nie mielibyśmy o czym rozmawiać. Wszystko, co należy wyjaśnić Krishtofowi Kochowi, który napisał ten esej, to dlaczego ty, ja i wszyscy pozostali jesteśmy mocno przekonani, że mamy uczucia. Jednak przekonanie, że ból jest iluzją, nie zmniejszy tego bólu. Zatem musi być inne rozwiązanie problemu ciała i umysłu. Dalej - od pierwszej osoby.
Większość naukowców przyjmuje świadomość za coś oczywistego i stara się zrozumieć jej związek z obiektywnym światem opisanym przez naukę. Ponad ćwierć wieku temu Francis Crick i ja postanowiliśmy odłożyć na bok filozoficzne dyskusje na temat świadomości, które przyciągały naukowców od czasów Arystotelesa, i poszukać jej fizycznych odbitek. Co dzieje się z podekscytowaną częścią substancji mózgowej, która wywołuje świadomość? Kiedy to zrozumiemy, zbliżymy się do rozwiązania bardziej fundamentalnego problemu.
Poszukujemy w szczególności neuronalnych korelatów świadomości (NCC, NCC), definiowanych jako minimalne mechanizmy neuronalne, które będą wystarczające dla każdego konkretnego świadomego doświadczenia. Na przykład, co musi się wydarzyć w twoim mózgu, żebyś poczuł ból zęba? Czy niektóre komórki nerwowe muszą wibrować z określoną magiczną częstotliwością? Czy muszę aktywować jakieś specjalne „neurony świadomości”? W jakich obszarach mózgu powinny znajdować się te komórki?
Neuronalne korelaty świadomości
Określając NCC, ważne jest, aby zrozumieć, gdzie jest minimum. Mózg jako całość można uznać za NCC: generuje doświadczenia dzień po dniu, bez przerwy. Ale lokację świadomości można dodatkowo odgrodzić. Weźmy na przykład rdzeń kręgowy - długi, elastyczny „wąż” neuronów wciśnięty w kości, zawierający miliard komórek nerwowych. Jeśli rdzeń kręgowy ulegnie całkowitemu uszkodzeniu w trakcie urazu w okolicy szyi, osoba zostanie sparaliżowana w nogach, ramionach i tułowiu, nie będzie w stanie panować nad jelitami i pęcherzem i utraci poczucie ciała. Ale tacy sparaliżowani ludzie nadal cieszą się życiem w całej jego różnorodności - widzą, słyszą, wąchają, doświadczają i pamiętają wszystko tak, jak było przed smutnym incydentem. Po prostu nie mogą chodzić i oddają się dobrowolnie.
Albo rozważmy móżdżek, „mały mózg” znajdujący się pod tylną częścią mózgu. Jest to jeden z najstarszych obwodów mózgu z ewolucyjnej perspektywy, zaangażowany w kontrolowanie ruchu, postawy, chodu i złożonych sekwencji ruchu. Gra na pianinie, pisanie na maszynie, taniec na lodzie czy wspinaczka skałkowa są zdeterminowane pracą móżdżku. Zawiera wspaniałe neurony - komórki Purkinjego, które mają czułki i które rozprzestrzeniają się jak koralowce morskie i mają złożoną dynamikę elektryczną. Ma również najwięcej neuronów, rzędu 69 miliardów, cztery razy więcej niż reszta mózgu razem wzięta.
Film promocyjny:
Co dzieje się ze świadomością, jeśli móżdżek jest częściowo uszkodzony w wyniku udaru lub pod nożem chirurga? Nieważne. Pacjenci z uszkodzonym móżdżkiem skarżą się na pewne wady, nie grają też na pianinie ani piszą na klawiaturze, ale nigdy nie tracą przytomności. Słyszą, widzą i czują się świetnie, zachowują poczucie własnej wartości, pamiętają przeszłe wydarzenia i nadal projektują siebie w przyszłość. Nawet urodzenie się bez móżdżku nie ma silnego wpływu na świadome doświadczenie jednostki.
Okazuje się, że ogromny aparat móżdżkowy nie ma nic wspólnego z subiektywnym doświadczeniem. Czemu? Ważne wskazówki można znaleźć w jego obwodzie, który jest niezwykle jednorodny i równoległy (podobnie jak baterie można łączyć równolegle). Móżdżek działa dość prosto: jeden zestaw neuronów wpływa na następny, a jeden przekazuje pałeczkę trzeciemu. Nie ma złożonych pętli sprzężenia zwrotnego, które są odzwierciedlone w przepływającej aktywności elektrycznej. (Biorąc pod uwagę czas potrzebny do rozwoju świadomej percepcji, większość teoretyków uważa, że powinna ona obejmować pętle sprzężenia zwrotnego w przepastnych obwodach mózgu). Ponadto móżdżek jest funkcjonalnie podzielony na setki lub więcej niezależnych modułów obliczeniowych. Każdy z nich działa równolegle, z oddzielnymi, nie nakładającymi się wejściami i wyjściami,kontrolowanie ruchów różnych układów motorycznych lub poznawczych. Oddziałują słabo - a świadomość wręcz przeciwnie, wymaga wzajemnego zaangażowania wielu systemów.
Jedną z ważnych lekcji, których nauczyliśmy się z naszych badań rdzenia kręgowego i móżdżku, jest to, że dżin świadomości nie pojawia się, gdy stymulowana jest jakakolwiek tkanka nerwowa. Potrzeba więcej. Ten dodatkowy czynnik znajduje się w istocie szarej, która tworzy słynną korę mózgową, jej zewnętrzną powierzchnię. Jest to laminowany arkusz złożonej, połączonej ze sobą tkanki nerwowej, wielkości i szerokości 14-calowej pizzy. Dwa takie arkusze, złożone wielokrotnie, wraz z setkami milionów drutów - istoty białej - są ciasno wbijane w czaszkę. Wszystko wskazuje na to, że tkanka kory nowej wywołuje uczucia.
Możesz dalej zawęzić lokalizację świadomości. Weźmy na przykład eksperymenty, w których różne bodźce są przykładane do prawego i lewego oka. Powiedzmy, że twoje lewe oko patrzy na Donalda Trumpa, a twoje prawe oko na Hillary Clinton. Można by sobie wyobrazić, że ktoś zobaczy superpozycję Trumpa i Clintona. W rzeczywistości zobaczysz Trumpa przez kilka sekund, po czym znika i pojawia się Clinton. Potem zniknie, a Trump wróci. Dwa obrazy będą się wzajemnie zastępować w nieskończoność z powodu rywalizacji obuocznej - wojny między oczami o prymat. Ponieważ mózg otrzymuje podwójne dane wejściowe, nie może wybierać między Trumpem a Clintonem.
Jeśli w tym samym czasie będziesz leżeć w skanerze magnetycznym, który rejestruje aktywność mózgu, eksperymentatorzy stwierdzą, że wiele różnych obszarów kory - tylna kora ciemieniowa - będzie odgrywać znaczącą rolę w śledzeniu tego, co widzimy. Co ciekawe, pierwotna kora wzrokowa, która odbiera i przekazuje informacje otrzymywane z oczu, nie sygnalizuje tego, co widzi podmiot. Ten sam podział pracy dotyczy dźwięku i dotyku: pierwotna kora słuchowa i pierwotna kora somatosensoryczna nie wpływają bezpośrednio na treść doświadczenia słuchowego lub somatosensorycznego. Zamiast tego proces obejmuje kolejny etap - w strefie aktywnej tylnej kory ciemieniowej - który daje początek świadomej percepcji.
Więcej światła rzucą dwa kliniczne źródła przyczynowe: elektryczna stymulacja tkanki korowej i badanie pacjentów po utracie określonych obszarów w wyniku urazu lub choroby. Na przykład, przed usunięciem guza mózgu lub miejsca napadów padaczkowych, neurochirurdzy mapują funkcje pobliskich tkanek kory mózgowej, bezpośrednio stymulując je elektrodami. Stymulacja tylnej gorącej strefy może wywołać przepływ różnych doznań i uczuć. Mogą to być błyski światła, geometryczne kształty, grymasy, halucynacje słuchowe lub wzrokowe, uczucie deja vu, chęć poruszenia określoną kończyną itp. Stymulacja przedniej kory to zupełnie inna sprawa: ogólnie rzecz biorąc, nie tworzy żadnego bezpośredniego doświadczenia.
Drugim źródłem informacji są pacjenci neurologów pierwszej połowy XX wieku. Czasami chirurdzy musieli wycinać duży pas kory przedczołowej, aby usunąć guzy lub złagodzić napady padaczkowe. To niezwykłe, jak niezwykli są ci pacjenci. Utrata części płata czołowego miała szkodliwe konsekwencje: u pacjentów pojawiła się niechęć do powstrzymywania niedopuszczalnych emocji lub działań, deficyty ruchowe, niekontrolowane powtarzanie czynności lub słów. Jednak po operacji czuli się lepiej i nadal żyli bez żadnych oznak utraty lub pogorszenia świadomego doświadczenia. I odwrotnie, usunięcie nawet małych obszarów tylnej kory mózgowej, w których znajdowały się gorące strefy, może prowadzić do całej klasy problemów ze świadomością: pacjenci nie mogli rozpoznawać twarzy, rozpoznawać ruchów, kolorów ani nawigować w przestrzeni.
Można by więc pomyśleć, że wygląd, dźwięki i inne wrażenia życiowe, których doświadczamy, rodzą się w obszarach tylnej kory mózgowej. O ile nam wiadomo, pojawiają się tam prawie wszystkie świadome doświadczenia. Jaka jest podstawowa różnica między tymi tylnymi obszarami a większością kory przedczołowej, która nie wpływa bezpośrednio na subiektywną treść? Nie wiemy. Jednak ostatnie odkrycie wskazuje, że neuronaukowcy mogą być blisko tropu.
Licznik świadomości
Medycyna potrzebuje urządzenia, które może niezawodnie wykryć obecność lub brak świadomości u osób niepełnosprawnych lub upośledzonych. Na przykład podczas operacji pacjenci są zanurzani w znieczuleniu, aby pozostać nieruchomym i ze stabilnym ciśnieniem krwi - dzięki temu czują się bezbolesni i unikają traumatycznych wspomnień. Niestety, ten cel nie zawsze jest osiągany: co roku setki pacjentów jakoś pozostają przytomne w znieczuleniu.
Inna kategoria pacjentów, u których doszło do poważnego urazowego uszkodzenia mózgu spowodowanego wypadkiem, infekcją lub ciężkim zatruciem, może żyć latami, nie będąc w stanie mówić ani odpowiadać na słowne prośby. Wyobraź sobie astronautę unoszącego się w kosmosie i słuchającego centrum kontroli próbującego się z nim skontaktować. Uszkodzony mikrofon nie przekazuje głosu i wydaje się całkowicie odcięty od świata. Podobnie pacjenci z uszkodzeniem mózgu, które uniemożliwiają im komunikację ze światem, doświadczają ekstremalnej formy odosobnienia.
Na początku XXI wieku Giulio Tononi z Uniwersytetu Wisconsin-Madison i Marcello Massimini z Uniwersytetu w Mediolanie we Włoszech wymyślili technikę zip-zap, aby określić, czy dana osoba jest przytomna, czy nie. Naukowcy umieszczają na czaszce zwój drutów i „strzelają” do czaszki - wysyłają do czaszki silny impuls energii magnetycznej, na krótko indukując prąd elektryczny w neuronach. Ta interferencja z kolei pobudza i hamuje komórki partnerskie neuronów w połączonych obszarach, omiatając mózg falą, aż do zaniku. Sieć czujników EEG znajdujących się na zewnątrz czaszki odczytuje te sygnały elektryczne. W miarę upływu czasu te ślady, z których każdy odpowiada określonemu miejscu w mózgu pod czaszką, składają się na obraz.
To zdjęcie nie pokazuje żadnych wzorów, ale nie jest też całkowicie przypadkowe. Pozwala określić rytmami, w jaki sposób mózg jest wolny od świadomości. Naukowcy określają ilościowo te dane, kompresując je do archiwum za pomocą zwykłego algorytmu.zip i określają złożoność odpowiedzi mózgu. Ochotnicy, którzy się obudzili, mieli „wskaźnik trudności zaburzeń” między 0,31 a 0,7, który spadł poniżej 0,31 przy głębokim śnie lub znieczuleniu. Massimini i Tononi przetestowali swoją metodę na 48 pacjentach, którzy mieli uszkodzenie mózgu, ale reagowali i byli przytomni i stwierdzili, że w każdym przypadku metoda pozwala określić obecność świadomości u osoby.
Grupa następnie zastosowała tę metodę u 81 pacjentów, którzy byli minimalnie przytomni lub byli w stanie wegetatywnym. W pierwszej grupie, która wykazywała oznaki nierefleksyjnego zachowania, metoda dokładnie zidentyfikowała 36 osób na 38 z 38. Pomyłkowo zidentyfikował dwóch pacjentów jako nieprzytomnych. Spośród 43 wegetatywnych pacjentów, którzy w żaden sposób nie zareagowali, 34 było nieprzytomnych, ale 9 było przytomnych. Ich mózgi zareagowały podobnie jak mózgi osób, które były świadome, co oznacza, że były świadome, ale nie mogły przekazać tego swoim bliskim.
Obecne badania mają na celu ujednolicenie i udoskonalenie metody zip-zap dla pacjentów neurologicznych oraz rozszerzenie jej na pacjentów psychiatrycznych i pediatrycznych. Wcześniej czy później naukowcy odkryją określony zestaw mechanizmów neuronowych, które generują świadome doświadczenie. Chociaż odkrycia te będą miały ważne implikacje kliniczne i pomogą rodzinom i przyjaciołom, nie dają odpowiedzi na podstawowe pytania: dlaczego te neurony, a nie tamte? Dlaczego na tej częstotliwości, a nie na tamtej? Tajemnicą, która ekscytuje wszystkich, jest to, w jaki sposób i dlaczego wszelkie zorganizowane cząstki substancji czynnej wytwarzają świadome doznania. W końcu mózg, jak każdy inny organ, podlega tym samym prawom fizyki, co serce i nerki. Co je wyróżnia? Jaka biofizyka przekształca szarą masę,szarej materii w imponującym technicznym kolorze i bogactwie dźwięku, jakim obdarzone jest nasze codzienne doświadczenie z tym światem?
Ostatecznie potrzebujemy zadowalającej naukowej teorii świadomości, która przewiduje, w jakich warunkach dany układ fizyczny - czy to złożony obwód neuronów, czy tranzystorów krzemowych - zaczyna doświadczać w najprawdziwszym tego słowa znaczeniu. Dlaczego jakość tych doświadczeń będzie się różnić? Dlaczego czyste, błękitne niebo tak różni się od skrzypienia źle nastrojonych skrzypiec? Czy istnieje funkcja tych różnic w doświadczeniu, a jeśli tak, to jaka? Taka teoria pozwoli nam określić, jakie doświadczenia będzie miał dany system. Zanim się pojawi, wszelkie rozmowy o świadomości maszyny będą oparte wyłącznie na naszej intuicji, która, jak pokazuje historia naukowa, jest niewiarygodnym przewodnikiem.
Szczególnie zażarta debata wybuchła wokół dwóch najpopularniejszych teorii świadomości. Jedną z nich jest teoria globalnej przestrzeni neuronowej (GNW), opracowana przez psychologa Bernarda Baarsa oraz neuronaukowców Stanislasa Dehaneta i Jean-Pierre'a Shangieuxa. Teoria zaczyna się od postulatu, że kiedy stajesz się świadomy czegoś, wiele różnych części twojego mózgu uzyskuje dostęp do tych informacji. Z drugiej strony, jeśli działasz nieświadomie, informacja jest zlokalizowana w określonym układzie czuciowo-motorycznym zaangażowanym w ten proces. Na przykład, gdy piszesz szybko, robisz to automatycznie. Jeśli zapytasz, jak to robisz, nie będziesz w stanie odpowiedzieć: praktycznie nie masz świadomego dostępu do tych informacji, a są one skoncentrowane w obwodach mózgowych, które łączą twoje oczy z szybkimi ruchami palców.
W stronę teorii fundamentalnej
Według GNW świadomość rodzi się z pewnego rodzaju przetwarzania informacji - znanego z początków sztucznej inteligencji, kiedy wyspecjalizowane programy uzyskiwały dostęp do małych, współdzielonych repozytoriów informacji. Niezależnie od danych zapisanych na tej "płytce", dostępne stały się różne procesy pomocnicze: pamięć robocza, język, moduł planowania i tak dalej. Według GNW, świadomość pojawia się, gdy przychodzące informacje zmysłowe zapisane na takiej tablicy są szeroko transmitowane do różnych systemów poznawczych - które przetwarzają te dane w celu rozmowy, zachowania, przypomnienia lub działania.
Ponieważ na tej tablicy nie ma dużo miejsca, możemy nie być świadomi wielu informacji w tym samym czasie. Uważa się, że sieć neuronów przekazujących te wiadomości znajduje się w płatach czołowym i ciemieniowym. Gdy rzadkie dane zostaną rozesłane w sieci i udostępnione na całym świecie, informacja stanie się świadoma. Oznacza to, że podmiot jest tego świadomy. Chociaż nowoczesne maszyny nie osiągnęły jeszcze tego poziomu złożoności poznawczej, to tylko kwestia czasu. GNW zakłada, że komputery przyszłości będą świadome.
Zintegrowana teoria informacji (TIZ), opracowana przez Tononiego i jego współpracowników, łącznie ze mną, ma zupełnie inny punkt wyjścia: samo doświadczenie. Każde doświadczenie ma pewne podstawowe właściwości. Jest wewnętrzny, istnieje tylko dla podmiotu jako „właściciel”, jest strukturalny (żółty autobus hamuje przed przechodzącym przez jezdnię psem), jest betonowy - można go odróżnić od innych świadomych przeżyć, jak osobne ujęcie w filmie. Ponadto jest jednolity i określony. Kiedy siedzisz na ławce w parku w ciepły, miły dzień, obserwując bawiące się dzieci, różnych części tego doświadczenia - powiewu we włosach, radości ze śmiechu dziecka - nie można podzielić na części bez utraty pełni tego doświadczenia.
Tononi postuluje, że każdy złożony i wzajemnie powiązany mechanizm, którego struktura koduje wiele związków przyczynowych, będzie miał te właściwości - a zatem będzie miał pewien poziom świadomości. Jeśli, podobnie jak móżdżek, mechanizmowi temu brakuje integracji i złożoności, nie jest on niczego świadomy. Według TIZ świadomość jest wewnętrzną siłą przyczynową posiadaną przez złożone mechanizmy, takie jak ludzki mózg.
IIT przewiduje również, że wyrafinowane symulacje ludzkiego mózgu działające na komputerze cyfrowym nie mogą być świadome - nawet jeśli mówi w sposób, który jest nie do odróżnienia od prawdziwej osoby. Tak jak modelowanie ogromnego przyciągania grawitacyjnego czarnej dziury nie wypaczy czasoprzestrzeni wokół komputera, tak programowanie umysłu nigdy nie stworzy świadomego komputera.
Mamy do czynienia z dwoma zadaniami. Jednym z nich jest wykorzystywanie coraz bardziej zaawansowanych narzędzi do obserwacji i badania neuronów, poszukiwanie świadomości w tych neuronach. Biorąc pod uwagę bizantyjską złożoność ośrodkowego układu nerwowego, zajmie to dziesięciolecia. Kolejnym wyzwaniem jest potwierdzenie lub obalenie dwóch dominujących teorii. Lub stwórz najlepszy na fragmentach tych dwóch i wyjaśnij, jak półtorakilogramowy organ daje nam pełnię wrażeń.
Ilya Khel