Мозговые поля, сложность и сознание
Более ранние сообщения были посвящены «легкой проблеме» взаимопонимания сознания между умственной деятельностью и динамическими структурами, измеренными с помощью различных методов визуализации мозга. Этот новый пост продвигает дополнительные вспомогательные идеи из неврологии и физики, облегчая наше исследование «тяжелой проблемы», происхождение самого сознания. Здесь мы придерживаемся классической физики (все известно до 1905 года). Более поздние сообщения будут использовать дополнительные идеи из современной физики, в том числе противоречивую идею о возможных связях между сознанием и квантовой механикой.
Физики часто маркируют динамические структуры как поля , а подобные идеи используются в науке о мозге. Ученые говорят о температурных полях, электромагнитных полях, гравитационных полях, информационных полях, квантовых полях и т. Д. Например, температурное поле указывает, что температура зависит как от места, так и от времени. В аналогичных случаях поля мозга могут представлять собой модели потенциалов действия в отдельных нейронах, синаптическую активность, уровни кислорода и т. Д. В тканях мозга различных размеров. Один простой способ представить поля мозга – использовать «Рождественскую елку», как показано на первом рисунке. Предположим, что вы выполняете какую-то умственную задачу. Определенные части мозга могут быть найдены, чтобы «загораться», подобно свечам елки. Другими словами, некоторая мера активности мозга, обычно электроэнцефалография (ЭЭГ) или функциональная магнитно-резонансная томография (МРТ), будет реагировать, когда выполняется конкретная умственная задача. Хотя этот подход показывает важную информацию, метафорическая рождественская елка обеспечивает только обедненную модель мозга. Во-первых, наивная точка зрения заключается в том, что более высокий уровень умственной активности должен соответствовать большему количеству горит огни, или свет горит ярче. Но есть ли такие «горячие» мозги, которые действительно думают о великих мыслях? Ответ – нет; полностью освещенная метафора рождественской елки соответствует эпилептическому приступу, явно бессознательному состоянию мозга.
Другая проблема касается «динамических» аспектов динамических моделей или полей мозга. Сознание, по-видимому, требует определенных видов мозговых узоров, которые сохраняются как минимум на полсекунды или около того. Кроме того, сознание тесно связано со специальными видами мозговых ритмов, регистрируемыми как колебания электрического поля (ЭЭГ). По-видимому, мозги должны быть надлежащим образом «настроены», чтобы быть сознательными. Наконец, возникает вопрос о многомасштабном характере полей мозга. Если мы увеличиваем малые области мозговой ткани, мы обнаруживаем сложную структуру и связанные с ней картины, как показывают нейроны, показанные на втором рисунке. Таким образом, поля мозга состоят из динамических суб-суб-шаблонов в рамках суб-шаблонов в шаблонах, измеренных на разных организационных уровнях (шкалах). Таким образом, сознание, очевидно, требует специальных типов и уровней сложности в области мозга.
Очевидны две конкурирующие интерпретации полей мозга, измеренные в разных масштабах. Во-первых, возможно, сознание закодировано в динамических узорах в каком-то специальном масштабе сознания (C-scale). С этой точки зрения, сознательные сигнатуры, наблюдаемые в других масштабах, являются просто побочными продуктами «разумного» поведения поля С-масштаба. Может быть, например, сознание закодировано в шаблонах на одном уровне нейронов – взгляд, охваченный некоторыми учеными. Нейронаука, с этой точки зрения, приобретает редукционистский вкус – единый нейронный C-масштаб является тогда уровнем, в котором сознание «проживает» или «закодировано». Одним из следствий этого представления является то, что искусственный мозг, состоящий из примерно сотни миллиардов искусственные нейроны, если они должным образом взаимосвязаны, могут достичь подлинного сознания.
Альтернативная интерпретация заключается в том, что не существует специальной C-шкалы; то есть сознание в корне является многомасштабным явлением. Мы называем это многомасштабной гипотезой . В этом представлении сознание кодируется динамическими шаблонами, происходящими в нескольких масштабах. Сознание затем тесно связано с кросс-масштабными взаимодействиями – как снизу вверх, так и сверху вниз. Многомасштабная гипотеза выступает против философских позиций, которые тривиализуют сложность сознания. По сути, сознание, по-видимому, требует систем, которые по меньшей мере столь же сложны, как бессознательная жизнь, которая состоит из взаимодействующих многомасштабных структур – молекул, клеток, систем органов и т. Д. Таким образом, предлагаются две различные интеллектуальные области, в которых может действовать многомасштабная гипотеза. Во-первых, многомасштабная гипотеза должна восприниматься всерьез как самостоятельная идея, независимая от вопросов о материализме, дуализме и тяжелой проблеме. Во-вторых, многомасштабная гипотеза может обеспечить предварительный мост, соединяющий поля мозга с минимально материалистическими или, возможно, даже без материалистическими концепциями, лежащими в основе тяжелой проблемы.
На протяжении многих лет большинство ученых-ученых избегали науки о сложности, но такое упущение уменьшилось за последние 20 лет или около того (см. Примеры ссылок). Сложность науки исследует, как отношения между небольшими частями какого-либо субъекта приводят к коллективному поведению крупномасштабных систем и как эти возникающие глобальные системы взаимодействуют и формируют отношения с более низкими уровнями организации и с окружающей средой. Совершенно новые свойства появляются на каждом уровне сложности – психология – это не просто прикладная биология; биология – это не только прикладная химия; ни химия просто применяла физику. Одним из примечательных применений науки о сложности является разработка более точных счетчиков сознания, обсуждаемых в недавней статье невролога Кристофа Коха относительно пациентов в коме или полусознательных состояниях. Эта новая мера сложности основана на транскраниальной магнитной стимуляции – мозг пациента забивается сильным импульсом магнитного поля. Стимулированная ЭЭГ регистрируется, и из этого конкретного поля мозга рассчитывается индекс сложности, тем самым обеспечивая одну важную меру сознания пациента или его отсутствие. В ближайшем будущем мы можем ожидать, что в науке о мозге будет доступно гораздо больше приложений науки о сложности.