走向意识的基本理论

自最早的古代直到最近,意识体验的起源和性质(有时也称为拉丁词qualia )一直是我们的一个谜。 许多意识哲学家,包括现代哲学家,都认为意识的存在与以下事实是不可接受的矛盾:在他们看来,物质世界和虚无世界将其宣告为幻觉。 换句话说,他们要么原则上否认存在夸张,要么声称不能用科学对其进行有意义的研究。

如果这个判断是正确的,那么本文将非常简短。 在削减之下,将一无所有。 但是那里有东西...

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如果无法使用科学工具理解意识,则只需解释为什么您,我以及几乎所有其他人都可以肯定我们总体上有感觉。 但是,一颗坏牙使我发烧。 一个令人信服的论点说服我我的痛苦是虚幻的,并不能使我从这些折磨中节省一点。 我不支持对灵魂与身体之间联系的这种死胡同的解释,所以我可能会继续。

意识就是您的全部感觉(基于来自感觉感觉器官的信息),然后您就会经历(由于感知和理解)。

旋律在我的脑海中,绕,巧克力甜点的味道,无聊的牙痛,对孩子的爱,抽象的思维以及对一天所有感觉都会结束的理解。

科学家们正在逐步寻求解决方案,以解决长期以来困扰着哲学家的谜团。 这项科学研究的高潮是可以预期的-一种意识的结构化工作理论。 该理论应用中最引人注目的例子是成熟的AI(这不排除没有意识理论的情况下出现AI的可能性,而是基于AI发展中现有的经验方法)

大多数科学家将意识视为理所当然,并试图理解其与科学描述的客观世界的联系。 四分之一世纪以前,弗朗西斯·克里克(Francis Crick)和其他认知神经科学家决定搁置关于意识的哲学讨论(至少从亚里士多德时代开始一直困扰着科学家),而是出发去寻找其物理踪迹。

在大脑物质的极易兴奋的部分中,究竟是什么引起意识? 了解了这一点后,科学家们有望寄希望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相关性(NQF)- 最小的神经机制,足以满足任何特定的意识体验。

例如,您的大脑需要做什么事情才能经历牙痛? 是否某些神经细胞必须以某种神奇的频率振动? 我需要激活一些特殊的“意识神经元”吗? 这种细胞可以位于大脑的哪些区域?

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意识的神经相关


在确定NQF时,“最小”子句很重要。 毕竟,可以将整个大脑视为NKS-它每天都会引起感觉。 但是,可以更精确地指定位置。 以脊髓为例,它是脊柱内部神经组织的一条46厘米长的柔性管,其中包含约十亿个神经细胞。 如果由于受伤而使脊髓完全损坏到颈椎区域,使受害者的腿,臂和身体瘫痪,则他将无法控制肠和膀胱,并且将失去身体感觉。 然而,这些瘫痪者继续了解生活的各种多样性:他们看到,听到,闻到气味,体验情感并记住,以及在悲剧事件彻底改变他们的生活之前。

或取小脑-脑后部的“小脑”。 这个大脑系统是进化意义上最古老的大脑系统之一,它参与运动性,身体姿势和步态的控制,并且还负责复杂动作的巧妙执行。
弹钢琴,敲键盘,花样滑冰或攀爬-所有这些活动都涉及小脑。 它配备了最著名的神经元,称为Purkinje细胞,其触角像珊瑚海扇一样飘动,并掩盖了复杂的电动力学。 小脑包含最多的神经元 ,约690亿个神经元 (主要是星形小脑肥大细胞),是大脑其他所有部位的总和的几倍 (请记住,这很重要)。

如果一个人由于中风或在外科医生的刀下而丢失了小脑,意识会怎样?

是的,几乎没有什么对意识至关重要!


遭受此类伤害的患者会抱怨一些问题,例如,钢琴的流利程度较低或键盘上的键入操作较灵活,但从未完全丧失其意识的任何方面。

卒中后小脑情感综合症的背景下,对小脑损伤对认知功能的影响的最详尽的研究已得到广泛研究。 但是,即使在这些情况下,除了空间协调问题(上文)外,仅建立了对管理执行方面的非关键性违反,其表现为持之以恒 ,分散注意力和学习能力略有下降。

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广泛的小脑装置与主观经验无关。 怎么了 一个重要的线索是它的神经网络-它非常统一和并行。


小脑几乎完全是一条直接分布的链:一行神经元为下一行提供营养,反过来又影响了第三行。 在电活动的框架内,不会有来回共振的反馈回路。 此外,小脑在功能上分为数百个(如果不是更多的话)独立的计算模块。 它们中的每一个并行工作,具有独立的输入和输出,这些输入和输出是独立的并且彼此不重叠,从而控制运动或各种运动或认知系统。 它们几乎没有相互作用,而在意识的情况下,这是另一个必不可少的特征。

从对脊髓和小脑的分析中可以学到的一个重要教训是,意识的天才不是那么容易在神经组织中的任何地方诞生的。 还需要其他一些东西。 这个额外的因素在于灰质,灰质组成了臭名昭著的大脑皮层-它的外表面。 所有可用数据表明, 新皮层组织参与了感觉的产生。

您可以进一步缩小意识焦点的范围。 例如,以右眼和左眼暴露于各种刺激的实验为例。 想象一下,Lada Priora的照片仅在您的左眼可见,而Tesla S的照片仅在您的右眼可见。 可以假设您会从Lada和Tesla的覆盖物上看到一些新车。 实际上,在几秒钟内您将看到Lada,此后它将消失,特斯拉将出现-然后它会消失,而Lada将再次出现。 两张图片将以无尽的舞蹈相继相继-科学家称这种双目竞赛或视网膜竞争。 来自外界的模糊信息进入大脑,无法确定:是拉达还是特斯拉?

如果您同时躺在记录大脑活动的断层扫描仪中,科学家会注意到在广泛的皮层区(统称为“后热区”)中的活动。 这些是大脑皮质背面的顶叶,枕叶和颞叶区域,它们在追踪我们所见时起着最重要的作用。

有趣的是,从眼睛接收和传输信息的主要视觉皮层并不能反映人眼所见。 在听觉和触觉的情况下,也观察到类似的分工:主要的听觉和主要的体感皮层并不直接影响听觉和体感体验的内容。 有意识的感知(包括Lada和Tesla的图像)引发了后续的处理阶段-在高温区域。

事实证明,视觉图像,声音和其他重要感觉起源于大脑后皮质。 据神经科学家判断,几乎所有有意识的经验都起源于此。

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意识柜台


例如,在手术过程中,会对患者进行麻醉,以使他们不动,保持稳定的血压,不感到疼痛且随后没有创伤记忆。 不幸的是,这并非总是能够实现的:每年,在麻醉影响下的数百名患者或多或少都处于清醒状态。

由于外伤,感染或严重中毒而导致严重脑损伤的另一类患者可能会存在数年而无法说话或对治疗无反应。 要证明他们感到生活是一项极其困难的任务。


想象一下,一个迷失在宇宙中的宇航员正在听任务控制中心与他联系的尝试。 收音机故障不会广播他的声音,这就是为什么全世界都认为他失踪的原因。 这样的事情可以描述患者的绝望情况,因为大脑受损使他们无法与世界接触,这是一种极端的孤立监禁形式。

在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)首次采用了一种称为“ 击打和拉锁”的方法来确定一个人是否有意识。

科学家在头上戴了一个线圈,外壳上装有金属丝,并发出了电击(zap),这是一种强烈的磁能电荷,会产生短期电流。 这激发并减慢了该链连接区域中神经元的伙伴细胞,并且该波沿大脑皮层共振,直到活动消失。

安装在头部的脑电图传感器网络记录了电信号。 随着信号逐渐传播,它们的轨迹(每个轨迹对应于头骨表面以下的某个点)被转换成胶片。

这些条目没有演示一些典型的算法-但它们不是完全随机的。


有趣的是,闪烁和褪色的节奏越可预测,大脑失去知觉的可能性就越高。 科学家通过使用一种将ZIP格式的计算机文件存档的算法压缩视频数据来衡量这一假设。 压缩可以评估大脑反应的复杂性。 有意识的志愿者的“摄动难度评分”为0.31至0.70,如果他们处于深度睡眠状态或处于全身麻醉状态,则该指数低于0.31。

然后,研究小组对81名意识不清或精神错乱(昏迷)的患者进行了拉伤和拉伤测试。 在第一组表现出一些非反射性行为的迹象中,该方法正确地显示出38个中有36个是有意识的。 在处于“蔬菜”状态的43名患者与病床头部的亲戚无法建立沟通,在其中34名被分类为无意识,而另外9名则没有意识。 他们的大脑与有意识的人的反应相似,这意味着他们也有意识,但无法与家人沟通。

当前的研究旨在标准化和改善神经病患者的方法,并将其扩展到精神病和儿科病房的患者。 随着时间的推移,科学家将确定一组特定的神经机制,这些机制会引起经验。


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总的来说,我们需要一种令人信服的科学意识理论,该理论将回答在特定条件下特定的物理系统(无论是复杂的神经元链还是硅晶体管)在什么情况下会产生感觉的问题。 为什么体验的质量不同? 为什么湛蓝的天空感觉与调音小提琴的嘎嘎声不同? 这些感觉差异是否具有特定功能? 如果是这样,哪一个? 该理论使我们能够预测哪些系统将能够感知到某些东西。 在缺乏可验证的预测的理论的情况下,对机器意识主题的任何推断都仅基于我们的内在本能,正如科学史所表明的那样,应谨慎使用。

意识的主要理论之一是心理学家Bernard Baars和神经科学家Stanislas Dean和Jean-Pierre Shanzhe提出的全局神经工作区 (GWT)理论。


首先,他们认为,当一个人知道某事时,大脑的许多不同区域都可以访问此信息。 而如果一个人无意识地行动,则该信息位于所涉及的特定感觉运动系统(sensory-motor)中。 例如,当您快速键入时,您会自动执行。 如果被问到如何执行此操作,您将无法回答,因为访问此信息的机会有限,该信息位于连接眼睛与快速手指运动的神经链中。

全局可访问性仅产生一种意识流,因为如果所有其他过程都可以访问任何过程,那么所有其他过程都可以使用它-一切与一切联系在一起。 因此,实现了抑制替代绘画的机制。
这样的理论很好地解释了各种精神障碍,其中与神经活动模式(或整个大脑区域)相关的各个功能中心的失灵将畸变引入“工作空间”的总体流动中,从而与(健康人的)“正常”状态相比扭曲了画面。 。

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走向基本理论


GWT理论声称意识源自一种特殊类型的信息处理:自AI诞生以来,当特殊程序可以访问小型公共数据仓库时,它就已经为我们所熟悉。 记录在“公告板上”的任何信息都可用于许多辅助过程-RAM,语言,计划模块,面部识别,物体等。根据此理论,意识在传递记录在板上的传入感觉信息时发生进入许多认知系统-它们处理数据以进行语音复制,存储在内存中或执行动作。

由于此类公告板上的空间有限,因此在任何给定时刻,我们只能获得少量信息。 传递这些信息的神经元网络据说位于额叶和顶叶。

这些微不足道的(异构)数据一旦传输到网络并公开可用,该信息就会被感知。 也就是说,受试者意识到这一点。 现代机器尚未达到类似的认知复杂性水平,但这只是时间问题。

GWT理论声称,未来的计算机将具有意识


托诺尼及其同事开发的通用信息意识理论(IIT)使用了完全不同的起点-体验本身。 每种体验都有其自己的特殊关键特征。 它是内在的,仅以主体作为“主人”存在; 它是结构化的(黄色的士慢下来而棕色的狗过马路); 它是具体的-与其他任何有意识的体验不同,它是电影中的一个独立帧。 此外,它是坚实而具体的。 当您在温暖的晴天坐在公园的长椅上看孩子们玩耍时,体验的各种要素-吹头发,小孩子的笑声带来的欢乐感-如果没有这种体验就不再彼此分离。

托诺尼假设这些属性(即一定程度的意识)具有任何复杂的共轭机制,在该机制中,一组因果关系被加密。 感觉就像是来自内部的东西。

但是,如果像小脑一样,一种机制缺乏复杂性和共轭性,它就什么都不知道。 按照这个理论,

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推论出单个非负数Φ(读作“ fy”),该数字量化了这种认识。 如果等于零,则系统根本无法识别自身。 相反,数字越大,系统固有的固有随机功率就越大,它就越有意识。 具有巨大且高度特定的连接性的大脑具有很高的f,这意味着很高的意识水平。 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zap和zip计数器真正起作用(计数器产生的数字大致为F)。
«IIT» , — . , - , . , «Nature» 557, S8-S12 (2018)

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Source: https://habr.com/ru/post/zh-CN444518/


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