Теория интегральной информации Джулио Тонони

Сначала по самой теории (ТИИ).

Далее будут приведены несколько интерпретаций теории с цитированием (иногда с очень плохим переводом) - ссылки на источники (постоянно пропадающие в инете) приводятся внизу, но в целом адекватно описывающие положения теории Дж. Тонони.

Нейроученый Джулио Тонони [Tononi 2008], однако, пошел еще дальше в отождествлении сознания с интегрированной информацией, заявив, что интегрирование информации релевантного вида необходимо и достаточно для сознания, независимо от реализующего его субстрата, который не обязан быть нейронным или биологическим. Согласно Теории интегрированной информации (ТИИ) Тонони, сознание является сугубо информационно-теоретическим свойством систем. Он предлагает математическую единицу ϕ, предназначенную для измерения информации не только в частях той или иной системы, но и в организации такой системы из частей и, таким образом, соответствующую степени информационной интеграции этой системы. Подобные системы могут содержать множество пересекающихся комплексов, и комплекс с наибольшим показателем ϕ будет, согласно ТИИ, сознательным. 

В соответствии с ТИИ, сознание варьируется в количественном отношении и существует в большом количестве степеней, соответствующих показателям ϕ. Так что даже простая система, такая как один-единственный фотодиод, будет в определенной степени сознательной, если она не содержится внутри более масштабного комплекса. В этом смысле из ТИИ следует определенного рода панпсихизм, что прямо признается Тонони. Согласно ТИИ, качество соответствующего сознания определяется тотальностью информационных отношений в надлежащим образом интегрированном комплексе. Так что ТИИ стремится объяснить как количество, так и качество феноменального сознания. Другие нейроученые, в частности Кристоф Кох, также поддержали этот подход [Koch 2012].

Согласно ИИТ, сознание системы определяется ее причинными свойствами и, следовательно, является неотъемлемым, фундаментальным свойством любой физической системы.

Аксиомы и постулаты интегральной теории информации:

·       Внутреннее существование: то, что мой опыт существует здесь и сейчас (он реален) является единственным фактом, в котором я могу быть уверен сразу и абсолютно. Более того, мой опыт существует с собственной внутренней точки зрения, независим от внешних наблюдателей.

·       Состав: Сознание структурировано: каждый опыт состоит из множества феноменологических различий, элементарных или высших порядков. Например, в одном опыте я могу различить книгу, синий цвет, синюю книгу, левую сторону, синюю книгу слева и так далее.

·       Информация: сознание является специфическим: каждый опыт - это определенным образом сущности, состоящие из определенного набора конкретных феноменальных различий, в отличие от других возможных опытов (дифференциация). Например, опыт может включать в себя феноменальные различия большего числа пространственных локаций, несколько понятий, таких как спальня (в отличие от не спальня), кровать (вместо кровати), книги (в отличие от книги), синий цвет (в отличие от синего), более того, "привязка" первого порядка различий, таких как "синяя книга" (в отличие от не "синяя книга"), а также многие негативные понятия, например, ни одна птица (в отличие от птиц), ни велосипед (в отличие от велосипеда), ни куста (в отличие от Буша), и так далее. Аналогичным образом, переживание чистой темноты и тишины - имеет особое качество (ни спальня, ни кровать, ни книги, ни синий, ни какой другой предмет, цвет, звук, мысль, и т. д.). И таким образом, оно обязательно отличается от большого количества альтернативных опытов того, как я мог бы ощущать.

·       Интеграция: Сознание унифицировано: каждый опыт неразделим от всех независимых, несвязанных подмножеств феноменальных различий. Так, я ощущаю цельную визуальную сцену, а не левую сторону визуального поля независимо от правой стороны (и наоборот). Например, ощущать слово "потому что" написано в середине пустой страницы неотвратим к опыту видеть "быть" на левом плюс опыт видеть "причину" на правом. Точно так же, видя синюю книгу невозможно увидеть книгу без цвета синий, плюс цвет синий без книги.

·       Исключение: Сознание однозначно по содержанию и пространственно-временной структуре: у каждого опыта есть множество феноменальных различий, которые он имеет, и он течет со скоростью, которую он течет, ни быстрее, ни медленнее. Например, опыт "я вижу тело на кровати в спальне", "книжный шкаф с книгами, одна из которых является голубой книгой", но я не имею опыта с меньшим содержанием компонентов или с большим содержанием - скажем, только наделенное дополнительным феноменальным различием высокое/низкое артериальное давление. Более того, мой опыт течет с определенной скоростью - каждый опыт охватывает, скажем, сто миллисекунд или около того, но у меня нет опыта, который охватывает всего несколько миллисекунд или вместо минут или часов.

Сами по себе эти чисто психологические (никак не основанные на механизмах нейросетей мозга) наблюдения как бы очевидны, но явно не достаточны для описания всей совокупности свойств сознания (можно добавлять чуть ли бесконечный список) и не несут какой-то полезной постулируемой нагрузки для выводов, которые бы могли быть сделаны из таких "постулатов". Зато, внимание! они все были математизированы! И приведен список такой формализации! Вот это должно сильно тронуть тех, кто считает математику единственным достойным источником открытий. И в самом деле тронуло, особенно теоретиков "квантового сознания", от которых посыпались благодарные статьи-откровения. Польза от такой математизации - полный ноль, зато можно очень "научно" далее вводить коллег в заблуждение. На самом деле это всего лишь - математические игрушки "сами по себе", но никак не отражающие механизмы организации сознания (см. Системное мышление и формализация.).

В целом " Теория интегральной информации" никакого отношения к механизмам организации сознания не имеет потому, что никак не описывает эти механизмы, т.е. не дает модели работы механизмов мозга, и, тем более, модели системных механизмов любой организации психики, а является философским (донаучным) обобщением. Что не умаляет качество и удивительную прозорливость многих выводов этой теории.

Вот что пишут про эту теорию.

[3] Существенный прорыв в исследованиях сознания произошел в 2013 году, когда группа нейробиологов под руководством Джулио Тонони и Марцелло Массимини из университетов Сан Паоло и Милана, предложила новый целостный подход к исследованию сознания на основе теории интегрированной информации. Тогда как предыдущие исследования фокусировались только на каком-то одном аспекте деятельности мозга, эти исследователи предложили ввести индекс, объединяющий несколько параметров.

Теория интегрированной информации предсказывает, что для состояния сознания нужны как дифференциация, так и интегрированность мозговой активности. Что это такое? Дифференциация мозговой активности отражает то, насколько уникальны сигналы мозга.  Например, в клинической практике энтропия мозговой активности служит мерой глубины анестезии: чем меньше «шума» детектируется на ЭЭГ, тем больше глубина анестезии.  Интегрированность — показатель того, насколько координированы отделы мозга: например, при засыпании (снижение интегрированности) количество связей между разными отделами мозга сокращается.

По отдельности эти параметры не предсказывают состояние сознания в 100% случаях, однако при этом так называемый индекс сложности пертурбаций (Perturbational Complexity Index ,PCI), объединяющий эти два параметра, правильно позволил правильно оценить состояние сознания у 32 человек, участвовавших в исследовании. Более того, индекс сложности пертурбации был сходным как у здоровых бодрствующих волонтеров, так и полностью парализованных пациентов, находящихся в сознании и отличался при различных вариантах нарушения сознания, таких как вегетативное состояние и состояние минимального сознания.

Что может дать полезного в понимании системных механизмов очевидность, что в системе есть как интеграционные, так и дифференционные явления? Это - некое художественное описание, не более того.

Вот еще.

[2] Дж. Тонони выдвинул предположение, согласно которому система, демонстрирующая сознание, должна обладать двумя основными свойствами:

1.     Информационность: система должна иметь большой набор доступных состояний, то есть способность хранить большое количество информации. Также можно обобщить, что сознание по сути своей является феноменом информации.

2.     Цельность (интегрированность): эта информация должна быть интегрирована в единое целое, то есть, чтобы было невозможно декомпозировать систему на почти независимые части. Данная особенность отражает тот вытекающий из нашего опыта факт, что каждое отдельное явление сознания — это единое целое, которое невозможно разложить на отдельные компоненты.

Теория Д.Тонони основана на двух ключевых положениях. Во-первых, каждое сознательное состояние содержит огромный объем информации. Типичным примером этого является каждый кадр в кино. Увидев один кадр из фильма, вы мгновенно ассоциируете его со «специфическим объектом восприятия». То есть вы можете различить данный кадр в фильме от любого другого кадра. Следовательно, сознание способно хранить и различать огромное количество визуальных образов. Второе ключевое утверждение состоит в том, что вся информация, собранная в сознании плотно интегрирована между собой. Например, невозможно увидеть мир, не опираясь на всю информацию, имеющуюся в сознании. Когда мы смотрим на апельсин, мы не можем отделить восприятие цвета (оранжевый) от его формы (круглой). Даже в случае если обработка цвета и пространственной формы объекта локализованы в разных частях мозга, сознательный опыт не может быть распылен на отдельные части.

Предложение заключается в том, что сознание определяется интегрированной информацией, которую оно может обработать, и, как следствие, уровень сознания определяется объёмом интегрированной информации. Теория Тонони предполагает, что сознание возникает как особое свойство физической системы – её интегрированная информация, которая определяется таким образом, что она может быть измерена количественно с помощью математических уравнений.

Опять же, по сути не сказано ничего о механизмах, просто констатация неких общих явлений.

Тонони имеет несколько работ, в которых практически повторяет одни и те же принципы, характеризующие сознание. У него есть и работы по функциональности отдельных механизмов мозга, например, сна, по которых хорошо прослеживается его стиль обобщения уровень понимания

[5] Джулио Тонони и Кьяра Чирелли: Убирая лишнее:

Ослабление связей между нервными клетками в мозге во время сна необходимо, по-видимому, для сохранения энергии и, как это ни парадоксально, для содействия процессу запоминания.

Вероятно, активность мозга во время сна обусловлена выполнением какой-то важной функции. Настолько важной, что сон есть у всех животных, хотя в бессознательном состоянии значительно повышается риск быть съеденным. Спят птицы и пчелы, игуаны и крокодилы, даже мушки дрозофилы спят. Это более десяти лет назад доказали мы и другие ученые.

Более 20 лет назад, во время совместной работы в Высшей школе св. Анны в Пизе, мы начали подозревать, что активность мозга во время сна может каким-то образом восстанавливать до исходного состояния миллиарды нервных связей, которые ежедневно изменяются под воздействием текущих событий. Таким образом, сон позволяет мозгу в течение жизни непрерывно сохранять способность формировать новые воспоминания, избегая перенасыщения или уничтожения старых воспоминаний.
Кроме того, у нас есть соображения о том, почему во время сна сознание должно быть закрыто для воздействий внешней среды. Мы полагаем, что необходим перерыв в сознательном восприятии происходящего здесь и сейчас, чтобы иметь возможность объединить старые и новые воспоминания, и этот перерыв как раз обеспечивается сном.
Наше предположение в некотором роде противоречит тому, чем занимаются наши коллеги, изучающие роль сна в процессах обучения и памяти, поскольку мы считаем, что восстановление исходного состояния происходит за счет ослабления связей между нейронами, которые проявляют активность во время сна.
Мозг человека потребляет примерно 20% всей энергии, получаемой организмом, по соотношению потребности в энергии к массе мозга это самый энергозатратный орган, и как минимум две трети этого топлива уходят на поддержание синаптической активности. Очевидно, что ресурсы истощаются. Мозг не может продолжать усиливать и укреплять синапсы днем и ночью на протяжении всей жизни. ...во время сна ослабление синаптической передачи восстанавливает ее исходный уровень в нервных цепях, что позволяет избежать чрезмерного потребления энергии и снизить нагрузку на отдельные нейроны. Мы считаем, что восстановление исходного уровня во сне нужно для сохранения синаптического гомеостаза, и назвали нашу общую гипотезу о роли сна гипотезой синаптического гомеостаза. Она объясняет необходимость и универсальность сна для всех организмов, у которых он есть.
Сон восстанавливает мозг до состояния, при котором можно учиться и приспосабливаться к окружающим условиям в периоды бодрствования.

Очень простая логика: раз мозг сильно тратит энергию, нужен период, когда он перестает тратить и восстанавливается. Нет оценки, насколько истощается мозг, и вообще истощается ли. Бывают состояния (обычно при психозах, но может быть и при очень высокой актуальности проблемы) повышенной активности отдельных зон, когда в самом деле энергетический метаболзим теряет больше, чем приобретает и тогда такие структуры могут быть поражены. Но в норме мозг восполняет энергию с достаточным запасом и не истощается. Это никак не было учтено. Не были учтены и другие задачи, которые решает сон, например, гашение накопившихся активностей, хотя такое гашение исследовано достаточно убедительно. Об этом Тонини вообще не сказал, а именно такое накопление и делает невозможным дальнейшее функционирование вплоть до истощения из-за избыточности активностей.

Теорию Тонини критикуют различные специалисты.

[6] Информационный подход Джулио Тонони к объяснению сознания: некоторые критические соображения:

Теория Тонони была подвергнута критике Дж. Сёрлом (8), который, будучи противником концепций функционализма, считает, что информационный подход вообще не способен объяснить сознание, так как само понятие информации уже предполагает сознательного наблюдателя. Широкая же трактовка информации как основы сознания приводит к панпсихизму. С этим, однако, нельзя согласиться. Действительно, понятие информации в смысле ее определения Шенноном, т.е. взятое в сугубо синтаксической трактовке недостаточно, неадекватно для описания и объяснения сознания. Здесь Сёрл прав. Но понятие информации в ее практически общепринятой функционалистской трактовке, предполагает не только синтаксические,   но  также  семантические  (содержательные) и прагматические (целевые, деятельные) свойства. При таком понимании информации (если оно не ограничивается чисто количественным значением) использование информационного подхо-да в исследованиях сознания может быть весьма продуктивным. Что касается панпсихизма, то при функционалистской трактовке информации он легко исключается, поскольку тут информация приписывается не всему физическому миру, как его атрибут, а лишь самоорганизующимся системам, начиная с биологических и выше.

Критическому рассмотрению теории Тонони в нашей философской литературе посвящена небольшая, но содержательная статья С. Ф. Нагумановой (9). В ней показано, что объяснение в ИИТС такого важного свойства сознания, которое в аналитической философии именуется «точкой зрения», «перспективой от первого лица», является неудовлетворительным. С этим можно согласиться, так как концептуальные средства, используемые Тонони (понятие «комплекса», «измерение Ф» и др.), являются не специфичными для характеристики содержания явлений сознания, связанных с «перспективой от первого лица».

... Попытки предложить подобие такой теории, как мы видели у Тонони, неизбежно приводят к чрезмерным упрощениям предмета объяснения, к неизбежной тривиализации сложных проблем.

В самом деле непростительно неопределенное использование слова "информация" просто делает в принципе неверными все утверждения, использующие его. Но для нейрохирургов это - очень характерно, они просто не замечают такие некорректности.

"Информационные" представления Тонони, естественно, оказались очень полезны теоретикам "квантового сознания" [4]:

Группа ученых заявила, что человеческое сознание - это обыкновенное квантовое состояние материи.

В своей научной работе «Сознание как состояние вещества» (arXiv.org) Тегмарк предположил, что сознание можно рассмотреть как состояние вещества под названием «перцептрониум», которое может быть дифференцировано от других видов материи (твердых, жидких, газообразных) с использованием пяти математически обоснованных принципов.

Очень много статей о том, как Тонони вдохновил квантовых теоретиков. Он стал модным и на слуху.

Итого. Д.Тонони развил философские представления об интегральной среде различного рода данных, информирующую о текущем состоянии. Разные виды распознавателе примитивов восприятия интегрируются в одну целостность понимания ситуации и связанных с нею возможным реакций: “Видя синюю книгу невозможно увидеть книгу без цвета синий, плюс цвет синий без книги”.

Фактически он предсказал существование Дерева условий понимания, активная ветка которого дает полное представление о всех особенностях текущей ситуации. В контексте распознающей смысл (значимость) ситуации ветки и происходит прогностическая оценка ситуации, выбор мотивационных целей, формирование цели и выбор реагирования для достижения этой цели.

Поэтому теорию Дж.Тонони стоит считать наиболее подходящим предшественником модели механизмов субъективного понимания.

Ссылки: 1, 2, 3, 4, 5, 6