Одна из наиболее влиятельных теорий сознания XXI века — это теория интегрированной информации. Эта теория была предложена и описана Джулио Тонони в начале XXI века и главным объектом этой теории является информация.
Согласно этой теории сознание можно измерить при помощи количества информации и информационных отношений между субъектами, элементами одной системы (нейронами и нейронными группами). Это свойство характерно не только для сознания, а для любой физической системы. Таким образом, данная теория позволяет описать не только сознание, но и другие феномены, например, искусственный интеллект или даже машинное обучение при помощи идеи об информационных отношений элементов системы.
Теория интегрированной информации основывается на пяти аксиомах:
Первая аксиома — это существование. Я вижу изображение некой комнаты (см. рис. выше - Instrinsic existence), где нарисованы кровать, окно, шкаф слева, книги в шкафу и т.д. И вот когда я вижу эту картину, мой опыт существует. Существование опыта неотделимо от самого опыта, я знаю, что это я, я вижу эту комнату, мой опыт существует здесь и сейчас. В то же время эта комната и мой опыт имеют некоторую структуру.
Вторая аксиома — это структура. То есть я вижу комнату и я вижу ее структурные элементы (см. рис. выше - Composition), я вижу отдельно окно, отдельно кровать, отдельно книжный шкаф, отдельно синюю книжку в этом шкафу.
Третья аксиома — это информация. Опыт несет определенную информацию (см. рис. выше - Information), он отделим от других опытов, то есть информация в нем уникальна. Он отличается от других изображений, которые я мог бы видеть, он несет информацию именно об этой комнате. В то же время, одновременно с этим, одновременно со структурой информации, существованием, я вижу эту комнату целиком, я не могу сказать, что я вижу отдельно левую часть или отдельно правую часть.
Третья аксиома — это слияние. И я вижу книгу синей, я не могу сказать, что я вижу отдельно синий цвет или отдельно книгу, то есть у меня происходит слияние всей этой информации в некую общую картину мира (см. рис. выше - Integration).
И самая последняя аксиома — это исключение. Исключение предполагает, что мой опыт имеет свою пространственно-временную структуру. Я не могу видеть комнату как-то по-другому. Здесь нарисовано, что она черно-белая (см. рис. выше - Exclusion), но реально я вижу ее цветной и она имеет исключительно такую структуру. И я ее вижу в определенное время, я не могу ее видеть веками, часами, я вижу ее в течение каких-то миллисекунд, то есть она имеет исключительное значение для меня в данный момент.
Эти аксиомы по мнению Джулио Тонони способны описать некий опыт, некоторое субъективное "я", мои переживания, которые и составляют мое сознание. При этом Тонони в последнее время объединяется с Кристофом Кохом и активно пишет о нейронных коррелятах сознания применительно к теории интегрированной информации.
Одним из этих коррелятов может быть как раз дифференциация и интеграция информации, которую мы можем измерить при помощи каких-то нейрофизиологических маркеров: электроэнцефалограммы, магнитно-резонансной томографии или вообще записи активности нейронов с поверхности мозга.
Также подчеркивается, что нейронные корреляты — это не сами индексы, а некие нейронные субстраты, которые как раз поддерживают и создают опыт независимо от содержания сознания, то есть они работают независимо от того, какой опыт, какое чувство я сейчас переживаю. Предполагается наличие определенных областей мозга, которые в большей мере связаны с этими нейронными коррелятами сознания, чем другие.
Нейронная интеграция и дифференциация
На изображении ниже представлены примеры исследований, которые были собраны в обзоре Коха в 2016 году.
На верхней панели изображена электроэнцефалограмма (ЭЭГ) разных областей мозга и видно, что в случае, когда временной ход этой активности похож и коррелирует между собой, происходит высокая интеграция информации между этими областями. Чуть ниже изображена низкая интеграция. Мы видим, что сигналы ЭЭГ не похожи друг на друга, дезинтегрированы, не скореллированы, не связаны.
Вот эти области, которые либо связаны, либо не связаны, можно при помощи моделирования увидеть, определить где они расположены в мозге и локализовать. И у них есть определенная топографическая закономерность, например, желтым цветом выделены области, которые наиболее связаны.
Раньше Тонони предлагал даже ввести специальный индекс, который может учитывать и интеграцию, и дифференциацию. По отдельности эти показатели сказать ничего о сознании не могут, но если их использовать вместе, то это будет неким индексом присутствия сознания и нижняя панель на изображении выше — это иллюстрация такого исследования на здоровых испытуемых.
Тонони и соавторы применяли транскраниальную магнитную стимуляцию (ТMS), смотрели как изменяются сигналы ЭЭГ и рассчитывали специальный индекс - индекс пертурбации, который потом они применили в исследованиях на других испытуемых, в том числе на здоровых испытуемых в состоянии наркоза. На графике (см. рис. выше) синими кружочками ниже пунктирной линии изображен индекс пертурбации у здоровых испытуемых в состоянии сна или наркоза. Красные кружочки — это высокий индекс, высокий уровень сознания у здоровых испытуемых в бодрствовании. И, наконец, разноцветные кружочки соответствуют этому индексу у пациентов с очень низким уровнем сознания в вегетативном состоянии и состоянии комы.
Нейрофизиологические маркеры
Также на роль кореллятов нейрофизиологических маркеров сознания Тонони и Кох предлагают, в первую очередь, высокочастотные или гамма-осцилляции, которые можно измерить, например, панель "a" (см. рис. ниже) — у кошки, прямо регистрируя активность нейронов.
Также у человека при помощи неинвазивного метода электроэнцефалограммы мы тоже видим, что гамма-высокочастотные колебания усиливаются тогда, когда стимул становится видимым. На панели "с" проиллюстрировано, что когда человек видит зрительный стимул, у него резко увеличивается амплитуда гамма-осцилляций (желтое пятно — в диапазоне гамма, примерно 50 Гц). В то же время, когда этот стимул экспериментатор специально зашумляет — эти гамма-осцилляции пропадают и мы не видим никакой синхронизации, никакого повышения амплитуды.
Другим индексом сознания предлагают использовать компонент вызванных потенциалов P3b. Это "d" и "f", части рисунков (см. рис. выше). P3b — это такой компонент электрической активности мозга, который связан с выполнением какой-либо задачи или с внимательным просмотром изображения. Он появляется только тогда, когда человек действительно уделяет внимание стимулам, которые ему предъявляют, когда у него есть инструкция активно что-то делать, например, нажимать кнопку, когда он слышит разницу в звуках или видит разницу в зрительных стимулах. И он полностью отсутствует, когда человек, например, читает книжку, — ему также предъявляют те же самые звуки, но P3b пропадает. P3b также отсутствует во время сна и во время угнетенного сознания в вегетативном состоянии или коме.
Ну и наконец, панели этого рисунка "g" и "h" — это наблюдение, которое можно сделать, когда пробуждается сознание. "g" — это запись нейронов коры кошки и видно, что, когда она просыпается (закрашена синяя область), медленноволновая активность резко сменяется низкоамплитудной, высокочастотной активностью. И то же самое было показано на пациентах с эпилепсией. Во время наступления приступа эпилепсии они могут потерять сознание и когда они теряют сознание, появляется высокоамплитудная медленноволновая активность.
Специфичные для сознания области
Рассмотрим области, которые являются наиболее специфичными для сознания (см. рис. ниже).
На их роль предлагаются области теменной и лобной коры, панели "a", "b", "c" — места локализации этих областей, причем "c" измерено при помощи электрокортикограммы (электроды устанавливали непосредственно на поверхность коры, а не на скальп). На панели "d" изображены те же самые области, но в двух состояниях: сон и бодрствование. Мы видим контрастное изображение, красные области — те области, которые активны в состоянии бодрствования, но их активность отсутствует в состоянии сна. Панель "e" — это примерно то же самое, но у пациентов с эпилепсией, то есть видна активация лобных и теменных областей (частично височных) в случае потери сознания, которая наоборот дезактивизируется, когда сознание возвращается.
Мы видим, что теория интегрированной информации предложенная Тонони является фундаментальной и опирается на довольно-таки мощный математический аппарат. Однако, не дает четкого представления о природе связи между субстратом сознания и субъективным опытом. Поэтому по сей день подвергается анализу и критике со стороны нейроученых.
