Граждане, будьте сознательны. Четыре ответа современной нейронауки на загадку сознания

Идеальная теория

На заре когнитивной науки за основную единицу исследования взяли так называемые «нейронные корреляты» (назовем их нейронные события сознания, НСС) — количество нейронных событий, необходимых для появления сознательного опыта. У такого подхода оказались существенные недостатки — было сложно отличить собственно НСС от предпосылок к сознанию или его последствий. Поэтому начали развиваться теории сознания, которые не во всем полагались на НСС.

Методология НСС отдает приоритет поиску корреляций между активностью мозга и сознанием. Теоретический подход больше фокусируется на объяснении связей между нейронными механизмами и аспектами сознания. Ученые спорят, насколько близко можно подойти к полному пониманию взаимосвязи — и не все верят, что это возможно.

Дебаты идут еще и из-за того, что в этой области науки много интуитивных представлений, например, «пребывать в сознании». Идеальная всеобъемлющая теория сознания должна была бы объяснить, почему одни организмы или системы обладают сознанием, а другие нет, а также пролить свет на то, почему состояния сознания отличаются друг от друга.

Состояния сознания

Ученые делят состояния сознания на общие и локальные. Первые касаются организма в целом. Например, сон или бодрствование. Их еще иногда называют «уровни сознания».

Локальные состояния — часто называемые «содержимым сознания» или имеющими «квалиа» — характеризуются тем, «каково» в них находиться. Локальное состояние, связанное с головной болью, отличается от связанного с обонянием кофе, поскольку головная боль отличается от запаха кофе. Важное подмножество локальных состояний лежит в основе опыта самости, который включает в себя переживание настроения, эмоций, воли, владения телом, автобиографическую память и тому подобное. Хотя нейробиологические теории имеют тенденцию сосредотачиваться на локальных состояниях с сенсорным и перцептивным содержанием, на самом деле сознание включает в себя состояния с когнитивным содержанием (например, мысли, возникающие при решении кроссворда).

Локальные состояния не независимы и собираются в единую «сцену сознания» — совокупность всех состояний в данную минуту.

Также сознание можно поделить на феноменальное и функциональное. Функциональные аспекты сознания касаются когнитивного статуса организма. Например, сознательное видение кофейной чашки может активировать ряд функций (пить из нее или швырнуть через комнату) или закладывать эпизодические воспоминания. Феноменальные аспекты скорее описываются словами «на что это похоже». Феноменальное и функциональное сознание не идут в отрыве друг от друга, скорее, это разные исследовательские перспективы.

Авторы обзора делят теории сознания на четыре группы: теория высшего порядка, теория глобального рабочего пространства, теория интегрированной информации, а также теории повторного входа и прогнозирующей обработки.

Осознание осознания

Теория сознания высшего порядка предполагает, что психическое содержание становится сознательным, когда его делает таковым тот или иной когнитивный процесс «высшего порядка». Иными словами, ментальное состояние сознательно, когда другое ментальное состояние — более высокое в иерархии — подтверждает это. Согласно этой теории, сознание тесно связано с процессами вроде метасознания (то есть «осознание осознания»). Если мы знаем что-то, мы должны знать, что знаем это.

Представления о сознании более высокого порядка включают в себя лишь описания того, что делает психическое состояние сознательным. Такой подход не привязан к каким-либо конкретным функциям.

Что касается нейронной основы сознания, акцент на метарепрезентации побудил приверженцев этой теории сделать упор на передние области коры, особенно префронтальную, учитывая их связь со сложными когнитивными функциями. Хотя большинство ученых предполагают, что передние отделы мозга связаны с сознанием, есть разногласия относительно того, какие именно области передней доли необходимы для его формирования.

Глобальная доступность

Эта теория заключается в предположении, что сознательные психические состояния «глобально доступны» для широкого спектра когнитивных процессов, включая внимание, оценку, память и вербальность. Основной тезис теории: «Именно широкая доступность информации для таких когнитивных систем составляет сознательный опыт».

Это утверждение развилось в нейронную теорию «глобального рабочего пространства нейронов». Согласно ей, сенсорная информация получает доступ к сознанию, когда она «транслируется» в анатомически широком рабочем пространстве нейронов, которое находится в основном в префронтальной коре. Как и теория сознания высшего порядка, теория глобального рабочего пространства нейронов фокусируется на том, что делает репрезентацию сознательной.

Она направлена ​​на объяснение того, почему в конкретный момент времени определенное ментальное состояние сознательно, а другое — нет.

Основное функциональное свойство, рассматриваемое этой теорией, — способность состояний сознания управлять поведением и познанием гибким и зависимым от контекста способом. Она предлагает четкое объяснение того, как сознание связано с другими когнитивными процессами — вниманием и рабочей памятью. Внимание выбирает и усиливает определенные сигналы, позволяя им проникать в рабочее пространство (и становиться сознательными).

Ответа на вопрос, что именно делает рабочее пространство «глобальным», пока что нет, как и на ряд других вопросов: например, имеют ли значение количество и тип систем, в которые рабочее пространство может транслировать данные.

Интегрированная информация

Следующая теория сильно отличается от предыдущих и описывает сознание с помощью математики. Начинается все с аксиом о феноменологическом характере сознательного опыта. Из них выводятся утверждения о свойствах, которым любой физический носитель сознания должен удовлетворять. Далее высказывается предположение, что физические системы (например, мозг человека), которые реализуют эти свойства, обязательно создают сознание.

Сознание предлагается понимать в терминах «причинно-следственной силы», связанной с несократимыми максимумами интегрированной информации, генерируемой мозгом и описываемой величиной Φ. Эта величина показывает, сколько информации генерируется системой в целом по сравнению с ее частями.

В теории интегрированной информации сознание — внутреннее, фундаментальное свойство системы. Оно определяется природой составляющих ее причинных механизмов и их состоянием.

Анатомически теория интегрированной информации связывает сознание прежде всего с задними областями коры (так называемая «задняя горячая зона», охватывающая теменные, височные и затылочные области). Хороший пример — анализ зрительного опыта: его пространственная природа связана с причинно-следственной структурой, определяемой механизмами в первичной зрительной коре.

Любая система, которая генерирует ненулевой максимум несократимой интегрированной информации, сознательна хотя бы в некоторой степени. Это подразумевает, что уже существуют небиологические системы, обладающие сознанием. Вполне возможно, искусственный интеллект — не просто программа.

Минус теории в том, что она практически не объясняет, как сознание связано с другими аспектами разума — вниманием, обучением и памятью. Тем не менее ученые считают ее очень удачной — она полнее остальных отвечает на множество вопросов, связанных с сознанием.

Повторный вход и прогнозирующая обработка

Два подхода к пониманию сознания подчеркивают важность передачи сигналов сверху вниз в формировании сознательного восприятия. Первый — теории повторного входа — связывает сознательное восприятие с нисходящей (рекуррентной, повторной) передачей сигналов. Второй — теории прогнозирующей обработки — дает более общие описания функций мозга (и тела), которые можно использовать для объяснения и предсказания свойств сознания.

Теории повторного входа развились благодаря нейрофизиологическим данным, которые показали важность передачи сигналов сверху вниз для сознательного (обычно визуального) восприятия. Согласно одной из таких теорий, локализованная повторная обработка в перцептивной (воспринимающей) коре достаточна для возникновения сознания.

Однако для передачи содержания перцептивного опыта или использования его для рассуждений и принятия решений могут потребоваться и теменная, и лобные области.

Теории прогнозирующей обработки существуют на двух основаниях. Во-первых, восприятие рассматривается как вывод о причинах возникновения сенсорных сигналов. Второе, иллюстрируемое принципом свободной энергии, апеллирует к фундаментальным ограничениям контроля и регулирования, которые применимы ко всем системам, поддерживающим свою организацию во времени. Оба основания приводят к идее, что мозг реализует процесс «минимизации ошибок прогнозирования», который аппроксимирует байесовский вывод посредством взаимного обмена (обычно нисходящими) прогнозами восприятия и (обычно восходящими) ошибками прогнозирования.

Теории прогнозирующей обработки обычно рассматривают локальные состояния сознания с точки зрения содержания нисходящих прогнозов. Содержание перцептивного сигнала определяется «наилучшим предположением» мозга о причинах того, почему он был воспринят. Эмпирический характер локального состояния определяется природой действующих перцептивных предсказаний. Например, феномен эмоциональных состояний может быть объяснен ролью внутренних предсказаний в регуляции физиологического состояния организма.

Подходы повторного входа и прогнозирующей обработки обеспечивают четкую трактовку отношений между сознанием и вниманием. Например, в теории локального возврата внимание избирательно усиливает сенсорные сигналы, так что они достигают префронтальных и теменных областей, обеспечивая сознательный доступ.

Какая теория лучше?

Теорию невозможно подтвердить одним открытием или экспериментом. Это долгий и постепенный процесс, в ходе которого одна из существующих теорий становится победителем, поскольку помогает объяснить спектр данных от разных исследователей и хорошо связывается с теориями в соседних научных областях.

Фундаментальное ограничение для развития теорий сознания — его структура. Особенно сложно понимается единство сознания — тот факт, что опыт, испытываемый субъектом в определенный момент времени, всегда оказывается компонентом единого и более сложного опыта — а именно опыта того, что значит быть этим субъектом.

Различные теории по-разному относятся к тому, обязательно ли сознание должно быть единым.

Второй источник разногласий — нейронные данные. Общепринято, что мозжечок не нужен и недостаточен для формирования сознания. Теория обязана учитывать этот факт и объяснять, почему так происходит. Другой важный вопрос касается роли префронтальных процессов в сознании. Каждая теория дает свое объяснение участию префронтальной коры, но единого мнения нет.

Третий вопрос — взаимосвязь между сознанием и когнитивным доступом. Можно ли считать доступность информации для ее вербального сообщения показателем сознания? Некоторые теории отрицают такую связь, утверждая, что ментальные состояния могут быть сознательными, но недоступными для прямого контроля субъектом.

Основная же проблема заключается в том, что многие из предположений, которые делают современные теории сознания, трудно проверить. Например, теория интегрированной информации предсказывает, что сознание широко распространено в природе, в том числе во многих небиологических системах. Оно даже может возникать в таких простых системах, как фотодиоды и отдельные атомы. Однако это невозможно оценить из-за отсутствия надежных методов обнаружения сознания в таких системах.

Что дальше?

Пока что теории сознания далеки от совершенства. Что же может сделать науку о сознании более точной? Многообещающий подход — использование вычислительных моделей. Они призваны обеспечить общий язык, на котором можно проводить сравнения преимуществ конкурирующих теорий сознания, созданных из разных отправных точек.

Помимо точности, важна полнота теорий сознания. По большей части они сосредотачиваются на определенных типах локальных состояний (зрительный опыт), глобальных (бодрствование) и на определенных видах сознательных существ (взрослые люди). Всеобъемлющая теория сознания должна охватывать все разнообразие состояний. Важно говорить не только про восприятие, но и про временность, волю и мышление. Не только про бодрствование, но и про сновидения, психоделические состояния, медитацию и расстройства сознания.

Не только о взрослых, но и о младенцах, животных и искусственных системах.

Еще одна проблема касается измерения. А именно, выявление надежных показателей сознания. Едва ли теории сознания принесут большую пользу, если у нас не будет способа проверить их прогнозы. Отсюда вытекает много вопросов. Как измерить распределение сознания в животном мире? Обладают ли сознанием определенные классы позвоночных животных или системы искусственного интеллекта? Когда сознание впервые возникает в онтогенезе?

Ученые работают в поте лица, решая эти вопросы. Состязательный дух в этой области — основа движения вперед. Сознание — очень спорное и сложное явление с научной точки зрения. Только кропотливая работа приведет к более глубокому пониманию этой загадки — одной из самых таинственных в истории науки.