Опубликована трилогия "Основы фундаментальной теории сознания": Рефлексы, Субъективное, Бессознательное fornit.ru/68715, где обстоятельно рассмотрены все принципы организации осознания.

Что такое теории или модели сознания? Это концепции, объясняющие связь нейронных коррелятов сознания с его феноменальными свойствами. Например, как 40-герцовая электрическая активность мозга (одна из гипотез НКС) может порождать единый, феноменальный, сознательный образ. НКС показывают нам лишь анатомические области в мозге, а теории или модели сознания пытаются объяснить, как эти области порождают сознание. Иными словами, НКС говорят о том, где в мозгу возникает сознание, модели же сознания пытаются объяснить, каким образом оно возникает и как оно работает.

Нейронные корреляты сознания, в свою очередь, обеспечивают теориям сознания нейробиологически-правдоподобное основание, на котором уже можно строить подобные гипотезы.  Наиболее популярная теория сознания в когнитивной науке – это теория глобального рабочего пространства (ГРП). Мы рассмотрим традиционную теорию ГРП Бернарда Баарса, теорию динамического ядра и теорию нейронного рабочего пространства (НГРП) Станисласа Дехане. На мой взгляд, именно в последние годы появилась устойчивая тенденция к объединению первоначального многообразия теорий сознания. Также, как мне кажется, основное различие между оставшимися теориями (ГРП и НГРП например) сводится к различному пониманию того, что же должно входить в понятие «сознание». Когнитивная нейронаука уверенно идет к единой общей теории сознания (или сознаний… трудно это описывать, используя старый терминологический аппарат).

Теория глобального рабочего пространства Б. Баарса и множественные наброски/слава в мозге Д. Деннета

Согласно теории глобального рабочего пространства (ГРП), когнитивное содержание сознания, глобально доступно для различных когнитивных процессов, будь то память, оценка, вербальный отчет, внимание и т.д… Иначе говоря, это поле интеграции различных паттернов мыслительной деятельности — большая часть интегративных когнитивных процессов связана с сознанием. Глобальная доступность также с необходимостью порождает лишь один поток сознания, так как если какой-то процесс доступен всем остальным процессам, то он доступен им всем – все связанно со всем. Так осуществляется механизм подавления альтернативных картин.

Теория ГРП предлагает понятие процессоров-экспертов в мозгу — они обрабатывают информацию, каждый в какой-то своей области. Это будет, например, процессор распознавания лиц или другие детекторы свойств, представляющие собой сложные нейронные сети. Но по отдельности они “слишком субъективны”, и для того, чтобы составить объективную картину происходящего, они объединяются в глобальное рабочее пространство. По отдельности процессоры работают бессознательно, но их взаимодействие на уровне ГРП – осознанно. Процессоры, оставшиеся за пределами ГРП, формируют бессознательный контекст сознания. Контекст может бессознательно влиять на осознавание нового символа, например, когда этот символ предъявляется после старого и мгновенно осознается в надлежащем контексте. Например, слово “мышь” которое вы встретили в учебнике по биологии, и в прайсе компьютерного магазина – осознается по-разному (причем мгновенно, а не путем перебора значений и проверки связи с контекстом каждого), хотя когда вы читаете слово, вы прямо «в сей момент», очевидно, не держите в текущем сознании данные о том, какую книгу вы читаете (это содержится в рабочей памяти). То есть, вы не рефлексируете над ситуацией каждое мгновение – и она может на кратковременные периоды уходить в бессознательное.  Также может быть долговременный контекст, формирующий понятия в течение всей жизни (ценностные установки, например).

Поток сознания.

Понятие, введенное Уильямом Джеймсом, получает здесь весьма удачное объяснение. Напомню, что одна из проблем, которые решает ГРП, связанна с тем, как из огромного массива долговременной памяти, может быть мгновенно осознанно лишь что-то одно, определенное. В каждый момент, сознание — это бесшовная, объединенная сцена, созданная либо ограниченной выборкой с внешнего сенсорного входа, либо эндогенными конструкциями, сгенерированными из сохраненных воспоминаний, либо же их комбинацией (что происходит чаще всего). Казалось бы, что никакого эволюционного преимущества у избирательности потока сознания нет. Почему же животное имеет возможность сфокусировать свое внимание только на одном хищнике? Разве не лучше было бы, если можно было выделять две независимые фигуры из фона, и просчитывать для каждого модель его движения? Кажется, что это позволило бы улучшить выживаемость. Почему же тогда мы заточены на однозадачность, почему мы можем равно-осмысленно делать много дел сразу?

Согласно теории ГРП, у этого ограничения есть серьезные компенсационные преимущества. Так как, в таком случае, один-единственный объект может мгновенно обновить целое множество мозговых областей – он может обновить эпизодическую память, пространственные карты, системы ценностей, префронтальное планирование и моторную подготовку. Это позволяет более эффективно расправиться (убежать) хотя бы с одним хищником, наиболее опасным, отсеяв на время все остальное. Иначе говоря, лучше меньше, да лучше.

Существуют варианты нейронной реализации модели ГРП, самую проработанную и экспериментально-обоснованную из которых, мы вскоре рассмотрим.

Теория сознания Дэниела Деннета. Множественные наброски.

Согласно концепции картезианского театра, все содержание психики проецируется перед сознательным наблюдателем. Согласно деннетовской теории множественных набросков, есть множество параллельных психических процессов, и сознательны из них только те, которые имеют наибольшее влияние на остальную часть системы. Он также оперирует термином, который переводится как “слава в мозге” (меметическая ценность процессов). Не существует точного времени, когда конкретное содержание становится прославленным, слава определяется ретроспективно. Сознательная слава в мозге – это комплекс мемов, который имеет влияние на весь остальной мозг. В целом, теории Деннета очень напоминают теорию ГРП, однако гораздо менее тесно связаны с нейронаукой.

Динамическое ядро и нейронный дарвинизм (Джеральд Эдельман и Джулио Тонони).

Согласно этим теориям, сознание находится в устойчивых связях между таламусом и корой. Точнее, динамическое ядро – это совокупность кортико-кортикальных, кортико-таламических и таламо-кортикальных связей, которые обеспечивают структурное основание для динамического повторного входа (re-entry) – текущей взаимной передачи сигналов в коре и таламусе.

Совокупность популяций нейронов, составляющих эти связи, динамична, то есть в разное время задействованы разные популяции нейронов.

Но давайте обо всем по порядку. Это, как вы может уже догадались, вторая по популярности модель сознания. Основывается она на теории нейронного дарвинизма, описанной Эдельманом. Нейронный дарвинизм описывает формирование связей между нейронами, в которых одни группы в процессе развития получают преимущество над другими, на основании личного опыта. Группы состоят из отдельных популяций нейронов, зачастую весьма и весьма отдаленных друг от друга. Связи между ними формируются посредством пространственно-временной синхронизации их активности.

В целом выделяется три принципа нейронного дарвинизма:

1) Во время развития мозга, те нейроны, которые срабатывают вместе — связываются вместе (fire together — wire together), этот принцип основывается на представлениях об усилении синаптических связей, через синхронное возбуждение соответствующих нейронов.

2,3) Два других принципа касаются генетического и эпигенетического (на основании опыта субъекта) формирования нейронных цепей.

Динамическое ядро (ДЯ) – это интегрированная активность групп нейронов, при этом в разное время в нее входят разные различные популяции нейронов.

Метастабильность.

Еще одно важное понятие. Теория метастабильности в мозге утверждает, что колебания, которые мы наблюдаем на ЭЭГ, являются коррелятами синхронных возбуждений определенных групп нейронов, то есть коррелирующих друг с другом нейронных паттернов. Напомню: чтобы на коже головы наблюдались синхронные колебания электрического потенциала, нужно чтобы очень много нейронов активировались в определенном ритме, иначе сигнал будет слишком слабый. Каждый нейрон производит динамические, либо хаотические колебания, но иногда, когда нейроны производящие динамические колебания, объединяются в одну большую нейронную сеть – их суммарной активности становится достаточно для формирования предсказуемой ЭЭГ. Это позволяет предположить, какие области мозга связаны и какие процессы обработки идут параллельно, наблюдая то, как отдаленные друг от друга части мозга синхронно взаимодействуют, отвечая на импульсы окружающей среды.

Таламус

Почему эта область мозга так важна, что упоминается в обеих теориях, практически наравне с ролью коры? Как мы знаем, сознание сохраняется даже после потери гиппокама и прочих участков мозга. В этом оно напоминает голографическую структуру – при повреждениях мозга сознание остается, но теряет какие-либо функции, причем человек об этом часто и не подозревает. Но при повреждении внутрипластинчатых (интраламинарных) ядер таламуса, может произойти полная и постоянная потеря сознания. Хотя и неясно, сохраняется ли в таком случае некая сознательная активность в коре, теперь закрытой от всего мира – ведь таламус служит для передачи в нее информации от органов чувств.

Гипотеза динамического ядра (ДЯ) развивалась отдельно от теории ГРП, но, как показывают последние исследования, их вполне можно объединить. В 2011 г. вышла статья Баарса, Эдельмана и Галли (да, это авторы обеих теорий), под названием «Биология сознания», в которой они подробно обосновывают это утверждение. Также на основе теории динамического ядра, в последнее время разрабатывается теория интеграции информации (Тонони), которая во многом близка теории НГРП, но опять же, в отличие от теории С. Дехане, практически не имеет экспериментального обоснования. То есть, проработанные нейронные модели динамического ядра отсутствуют.

В дальнейшем описании гипотезы ДЯ я буду основываться на вышеупомянутой статье. Нас должны интересовать только актуальные теории.

Повторный вход и обратная связь.

Как я уже упоминал, структура динамического ядра позволяет осуществлять процедуру повторного входа (re-entry). Повторный вход позволяет осуществить интеграцию и синхронизацию активности различных нейронных групп. Он близок к понятию рекурсии и позволяет содержать поддерживающийся ментальный образ, например. Также метастабильные взаимодействия в таламо-кортикальном регионе вызывают процесс селекционизма (о нем позже, это понятие связанно с нейронным дарвинизмом и квалиа) через повторный вход, который является хранилищем внутренних петель обратной связи. Обратная связь – это, напомню, процесс посылания стимула из коры в зоны перцепции и обратно. Чтобы ментальный образ оставался стабильным и не угасал, нужно как-то поддерживать работу нейронов, которые возбуждаются при осознавании, но без поддержки мгновенно угаснут. За это и отвечает обратная связь, которая заставляет стимулы циркулировать по петлям обратной связи, поддерживая стабильность нейронной цепи. Также она отвечает и за то, чтобы сенсорная информация пробилась в сознание, накопив свою ценность, с помощью обратной связи. Быстрые и бессознательные зомби-процессы этого такого не требуют, и не требует накапливания возбуждения, поэтому быстры. Некоторые нейронные группы могут циркулировать в петлях, в то время как другие изменяться.

Повторный вход определен в качестве средства взаимодействия между разными картами нейронных групп, то есть множествами нейронов, ссылающихся на клетки рецепторов или на другие карты. То есть, проще говоря – повторный вход это в каком-то смысле эмерджентный уровень петель обратной связи. Может существовать множество параллельно работающих петель обратной связи, в то время как динамический повторный вход по определению единственен для сознания. Сигналы повторного входа также ответственны за процессы вырождения некоторых нейронных групп. Но это не ухудшение чего-либо, а редуцирование большого количества мозговых областей со сходными задачами.

Активность повторных входов также позволяет мозговой области, имеющей отклик, вызванный сенсорным входом, давать подобные отклики в его отсутствие. То есть мозг может “говорить сам с собой”, что необходимо для возникновения памяти и мыслей. Через таламо-кортико-таламические цепи, мозг также получает информацию о своей деятельности.

Квалиа

Что особенно хорошо, так это то, что эта теория дает довольно удачное и наглядное объяснение природы квалиа. Как я уже говорил, нейронный дарвинизм говорит об основанном на опыте формировании нейроанатомии, изменении синаптических весов, которое определяет различные нейронные группы для разных видов опыта. Есть общая сцена сознания, в которой квалиа играют роль дискриминаций высшего порядка, разделения входящей информации по функциональным типам (селекционная теория). Красное не является холодным и т.д. Динамические изменения в ядре – это связанные последовательности дискриминаций. Последовательности такой интеграционной активности являются потоком сознания. Комплексная единая сцена в каждый момент времени — это композиция множества различных дискриминаций, интегрированных в пределах динамического ядра.

И что касается характера связи двух теорий: глобальное рабочее пространство – это моментальные снимки активности динамического ядра.

Нейронное глобальное рабочее пространство (Станислас Дехане)

Слева: Бессознательные процессы могут вовлекаться в сеть осознанных – ГРП. Справа, сверху вниз: контекст сознания, стадия рабочей памяти, аудитория (картезианского театра). Именно в стадии рабочей памяти находится метафорический прожектор, освещающий осознанные процессы.

 Если гипотеза ГРП дает лишь когнитивную теорию сознания с умозрительными предположениями об НКС, то теория нейронного ГРП, связывает ее с четкими, экспериментально-определенными нейронными коррелятами. Есть два вычислительных пространства в мозге: единое ГРП, образованное кортико-кортикальными связями и множество специализированных, модульных процессоров, поделенных на пять главных категорий (рис. 1).

Согласно теории нейронного ГРП (НГРП), сенсорные стимулы мобилизуют возбуждающие нейроны с длинными кортико-кортикальными аксонами (которые соединяют различные участки коры), что формирует субстрат для ГРП. Наличие осознанности зависит от нелинейной функции значимости, то есть центральное рабочее пространство ассимилирует другие процессы в соответствии с их ценностью для сознания и его функций. Другие процессоры могут активироваться автоматически, но не входить в ГРП. Иногда это рассматривают как фазовый переход, когда большое количество подсетей, объединяются в одну. Иными словами, до тех пор, пока значимость не превысит определенного, необходимого значения, нейронным процессам отказывается в праве сознательного статуса.

Нейронная гипотеза ГРП (НГРП) говорит в основном об кортикальных, а не о таламо-кортикальных связях, в отличие от первоначальной теории. То есть, она очень тесно связывает сознание с рабочей памятью и нисходящим селективным вниманием, по сути, отождествляет их, как отмечают некоторые исследователи.

Но чем же, в сущности, они отличаются? О каких кортикальных связях говорит теория Дехане? НГРП предлагает альтернативный кортикальный механизм для реализации ГРП. Нейроны НГРП находятся во втором и третьем слоях коры, где находится наибольшее число кортико-кортикальных аксонов дальнего действия, что позволяет связывать между собой множество участков коры. Это позволяет создать, так сказать, мета-сеть, сеть нейронных сетей. В общем, в мозге есть таламо-кортикальные колонки, есть активность в них, и есть эмерджентный уровень обратной связи. Субстрат для НГРП – это горизонтальные проекции аксонов в префронтальной коре. Также эти клетки имеют устойчивые вертикальные связи через пятый слой с ядрами таламуса. Это позволяет обосновать стабильность активности ГРП, через самоподдерживающиеся цепи и прямой доступ к сетям обработки.

В пользу предположения о фазовом переходе и нахождению сознания в коре, говорит то, что во многих экспериментах наблюдается нелинейный переход в ответ на линейную прогрессию. Сознательный доступ к бессознательной информации следует за внезапным нелинейным возбуждением. Также при анестезии, например, при вливании пропофола, было замечено постепенное уменьшение активности подкорковых зон, а затем резкое отключение коры.

Моделей сознания довольно много, и, на мой взгляд, окончательная теория сознания должна будет объединить их. Каждая теория сейчас понимает сознание с немного разных сторон. Думаю, что с развитием науки о сознании, их интеграция неизбежна.

Мы еще не говорили о проблеме сознания в современной философии, но необходимо описать, что авторы теорий думают по этому поводу.  Скорее всего, позже я напишу короткую заметку о трудной проблеме и вставлю сюда ссылку. В следующей записи речь войдет о сознательном доступе и пр. концепциях того, как субъект может управлять своим собственным потоком сознания по своей воле.

Баарс и Эдельман о трудной проблеме сознания.

Авторы статьи «Биология сознания», также предпринимают попытку, «опровергнуть утверждение о научной неразрешимости трудной проблемы». Рассуждение строится примерно по такой схеме: никакое описание феноменального опыта не позволит человеку, у которого отсутствуют определенные телесные (нейронные структуры), его испытать. Подобное утверждают те, кто говорит о том, что Мэри (см. соотв. мысленный эксперимент) не достает навыков, а не знания. Но определенная связь между нейронными структурами и субъективным опытом — вполне может быть изучена от третьего лица.

Квалиа не может быть причинным (каузальным) — это иллюзия, необходимая для должного функционирования мозга. Квалиа — это нервные структуры, лежащие в основе сознательного опыта, который уже причинен. Квалиа соответствует внутренним дискриминациям. Квалиа – корреляты дискриминаций. Следовательно, квалиа могут быть объяснены научно.

Квалиа необходимо сознательны, так как бессознательные дискриминации не могут способствовать планированию при новых условиях.

То, что Баарс и Эдельман заявляют о решении трудной проблемы, наглядно иллюстрирует тот факт, что существует непонимание двух типов задач, стоящих перед решением трудной проблемы, и это вносит хаос и бессмыслицу в философские рассуждения о сознании.

Вместе с тем, в этом виноваты по большей части философы, недостаточно четко сформулировавшие суть ТП. Я не нашел ни одной строгой попытки дифференциации трудной проблемы на то, как мозг производит квалиа и формулирует трудную проблему, и то, почему квалиа вообще существуют. У Чалмерса она, по сути, сформулирована, но отсутствует разъяснение того, какую часть проблем с квалиа, следует относить к легким проблемам, а также того, в чем философская неполнота теорий субъективности, типа теории сознания Метцингера, о которой мы поговорим в одной из следующих статей.

Литература:

1. S. Dehaene and Y. Christen (eds.), Characterizing Consciousness: From Cognition to the Clinic? Research and Perspectives in Neurosciences, DOI 10.1007/978-3-642-18015-6_4, # Springer-Verlag Berlin Heidelberg 2011

2. Experimental and Theoretical Approaches to Conscious Processing, Stanislas Dehaene, Jean-Pierre Changeux, Neuron — 28 April 2011 (Vol. 70, Issue 2, pp. 200-227) doi: 10.1016/j.neuron.2011.03.018

3. Edelman GM, Gally JA and Baars BJ (2011) Biology of consciousness. Front. Psychology 2:4. doi: 10.3389/fpsyg.2011.00004

4. Anil Seth (2007) Models of consciousness. Scholarpedia, 2(1):1328.

5. Stanislas Dehaene, M. Kergsberg, and J. P. Changeux. A neuronal model of a global workspace in effortful cognitive tasks. {Proceedings of the National Academy of Sciences USA}, 95:14529—14534, 1998.

 Современные теории сознания PDF  m_theories.pdf

Верифицированные теории:

О теории  МВАП  и Принципиальные элементы фундаментальной теории сознания: fornit.ru/66482.