اندازهگیری آگاهی
نیاز بالینی برآوردهنشدهای وجود دارد برای دستگاهی که بتواند بهطور قابل اعتماد حضور یا فقدان آگاهی را در افراد دچار آسیب یا ناتوانی تشخیص دهد. برای مثال، در طول عمل جراحی، بیماران بیهوش میشوند تا از حرکت آنها جلوگیری شود، فشار خونشان پایدار بماند و از درد و خاطرات تروماتیک جلوگیری شود. متأسفانه، این هدف همیشه محقق نمیشود: هر سال صدها بیمار در طول بیهوشی تا حدی از هوشیاری برخوردار هستند.
گروه دیگری از بیماران که بر اثر تصادف، عفونت یا مسمومیت شدید دچار آسیب جدی مغزی شدهاند، ممکن است سالها زنده بمانند بیآنکه بتوانند حرف بزنند یا به دستورهای کلامی پاسخ دهند. اینکه بتوان ثابت کرد آنها واقعاً زندگی را تجربه میکنند، یکی از دشوارترین چالشهای بالینی است. تصور کنید فضانوردی در فضا سرگردان است و تلاشهای مرکز کنترل مأموریت را برای برقراری تماس میشنود. رادیوی آسیبدیدهٔ او صدایش را منتقل نمیکند و از بیرون چنین به نظر میرسد که گویی برای جهان از دست رفته است. وضعیت اندوهبار این بیماران نیز همینگونه است: مغز آسیبدیدهشان اجازه نمیدهد با جهان ارتباط برقرار کنند – شکل افراطیتر انزوای کامل.
در اوایل دههٔ ۲۰۰۰، جولیو تونونی از دانشگاه ویسکانسین–مدیسن و مارچلو ماسیمینی، که اکنون در دانشگاه میلان ایتالیا فعالیت میکند، روشی را پایهگذاری کردند که «زَپ و زیپ» نام گرفت؛ روشی برای بررسی اینکه آیا فردی آگاه است یا نه. پژوهشگران سیمپیچی عایقبندیشده روی پوست سر قرار میدادند و آن را «زَپ» میکردند – یعنی پالس شدید انرژی مغناطیسی به درون جمجمه میفرستادند – و بدین ترتیب جریان الکتریکی کوتاهی در نورونهای زیرین القا میشد. این آشفتگی به نوبهٔ خود نورونهای همکار در نواحی متصل را تحریک یا مهار میکرد و زنجیرهای از فعالیت در سراسر قشر مغز به راه میانداخت که بهصورت طنینانداز پیش میرفت تا سرانجام فروکش کند. شبکهای از حسگرهای الکتروانسفالوگرافی (EEG) که بیرون از جمجمه قرار داشتند، این سیگنالهای الکتریکی را ثبت میکردند. این ردپاّهای فعالیت که در طول زمان گسترش مییافتند — و هرکدام با ناحیهای مشخص از مغز زیر جمجمه متناظر بودند — در نهایت نوعی «فیلم» از فعالیت مغزی ایجاد میکردند.
این امواج در حال گسترش نه الگویی کلیشهای و تکراری ترسیم میکردند و نه کاملاً تصادفی بودند. نکتهٔ چشمگیر این بود هرچه این ریتمهای اوجگیرنده و فروکشکننده قابل پیشبینیتر بودند، احتمال بیشتری میرفت مغز ناهوشیار باشد. پژوهشگران این یافته را با فشردهسازی دادههای فیلم به کمک الگوریتمی که معمولاً برای «زیپ» کردن فایلهای رایانهای به کار میرود، کمّیسازی کردند. فشردهسازی به دستآمده برآوردی از پیچیدگی پاسخ مغز ارائه میداد. داوطلبانی که بیدار بودند، «شاخص پیچیدگی اختلالی» بین ۰٫۳۱ تا ۰٫۷۰ داشتند؛ این مقدار هنگام خواب عمیق یا بیهوشی به زیر ۰٫۳۱ کاهش مییافت. ماسیمینی و تونونی معیار «زپ و زیپ» را روی ۴۸ بیمار که دچار آسیب مغزی شده بودند اما بیدار و پاسخگو بودند آزمایش کردند و در همهٔ موارد، این روش شواهد رفتاریِ مبنیبر وجود آگاهی را تأیید کرد.
سپس تیم پژوهشی روش «زپ و زیپ» را روی ۸۱ بیمار که آگاهی حداقلی داشتند یا در حالت نباتی بودند، به کار برد. در گروه نخست، که نشانههایی از رفتار غیرانعکاسی نشان میدادند، این روش بهدرستی ۳۶ نفر از ۳۸ بیمار را آگاه تشخیص داد و تنها دو مورد را اشتباهاً ناآگاه تشخیص داد. از میان ۴۳ بیمار در حالت نباتی که هیچ تلاش بالینی برای برقراری ارتباط با آنها موفق نبود، ۳۴ نفر بهعنوان ناآگاه شناسایی شدند، اما ۹ نفر چنین نبودند. مغز این ۹ بیمار واکنشی مشابه مغز افراد آگاهِ گروه کنترل نشان داد؛ موضوعی که نشان میداد آنها آگاه بودند اما نمیتوانستند با عزیزانشان ارتباط برقرار کنند.
مطالعات جاری در حال استانداردسازی و بهبود روش «زپ و زیپ» برای بیماران نورولوژیک هستند و قصد دارند آن را به بیماران روانی و کودکان نیز گسترش دهندیر یا زود، دانشمندان مجموعهی مشخصی از سازوکارهای عصبی را که هر تجربهی معینی را پدید میآورند، کشف خواهند کرد. گرچه این یافتهها پیامدهای بالینی مهمی خواهند داشت و ممکن است مایۀ دلگرمی خانوادهها و دوستان بیمار باشند، اما برخی پرسشهای بنیادی را بیپاسخ خواهند گذاشت: چرا این نورونها و نه نورنهای دیگر؟ چرا این فرکانس خاص و نه فرکانسی دیگر؟ در حقیقت، معمای پایدار این است که چرا هر تودۀ بسیار سازمانیافتهای از مادۀ فعال، به احساس آگاهانه میانجامد. مغز نیز در نهایت انند هر اندام دیگری است و از همان قوانین فیزیکیای پیروی میکند که بر قلب یا کبد حاکماند. پس چه چیزی آن را متفاوت میکند؟ چه ویژگیای در زیستفیزیکِ (biophysics) بافت بهشدت تحریکپذیر مغز وجود دارد که این تودۀ خاکستری نرم و چسبان را به جهان سرشار از صداها و رنگهای زنده و درخشانی تبدیل میکند که تار و پود تجربۀ روزمرۀ ما را میسازند؟
در نهایت، آنچه نیاز داریم، نظریهٔ علمیای قانعکننده دربارهٔ آگاهی است که بتواند پیشبینی کند تحت چه شرایطی سامانهٔ فیزیکی خاصی – چه مدار پیچیدۀ نورونی باشد چه ترانزیستورهای سیلیکونی – دارای تجربه خواهد بود. علاوهبر این، چرا کیفیت این تجربیات متفاوت است؟ چرا آسمان صاف و آبی چنین متفاوت از صدای گوشخراش ویولن درست کوکنشده احساس میشود؟ آیا این تفاوتها در حسها کارکردی دارند و اگر دارند، آن کارکرد چیست؟ چنین نظریهای به ما امکان میدهد پیشبینی کنیم کدام سامانهها دارای تجربه خواهند بود. در غیاب نظریهای با پیشبینیهای قابل آزمون، هر حدس و گمانی دربارهٔ آگاهیِ ماشینی صرفاً بر اساس شهود ما استوار خواهد بود، و تاریخ علم نشان داده است که شهود به تنهایی راهنمای قابل اعتمادی نیست.
بحثهای شدیدی دربارۀ دو نظریهٔ محبوب آگاهی شکل گرفته است. یکی از آنها نظریهٔ فضای کار عمومی نورونی (GNW) است که توسط برنارد جی. بارس روانشناس و عصبشناسانی چون استانیسلاس دهان و ژان-پیر شانژو ارائه شده است. این نظریه با مشاهدهای آغاز میشود: وقتی نسبت به چیزی آگاه هستید، بخشهای مختلفی از مغز به آن اطلاعات دسترسی دارند. اما اگر بهطور ناآگاهانه عمل کنید، آن اطلاعات تنها محدود به سامانهٔ حسی–حرکتی خاصی است که درگیر است. برای مثال، وقتی با سرعت تایپ میکنید، این کار را بهطور خودکار انجام میدهید. اگر از شما بپرسند چگونه این کار را انجام میدهید، پاسخی نخواهید داشت: شما دسترسی آگاهانهٔ کمی به آن اطلاعات دارید، و این اطلاعات هم دقیقاً در مدارهای مغزیای قرار دارد که چشمهایتان را به حرکت سریع انگشتان پیوند میدهد.
به سوی نظریهای بنیادین
نظریهٔ فضای کار عمومی نورونی (GNW) بر این اصل استوار است که آگاهی از نوع خاصی از پردازش اطلاعات پدید میآید؛ پردازشی که از روزهای اولیهٔ هوش مصنوعی آشناست، زمانی که برنامههای تخصصی به مخزنی کوچک و مشترک از اطلاعات دسترسی داشتند. هر دادهای که روی این «تختهسیاه» نوشته میشد، در دسترس مجموعهای از فرایندهای فرعی قرار میگرفت: حافظهٔ کاری، زبان، ماژول برنامهریزی و غیره. بر اساس GNW، آگاهی زمانی پدیدار میشود که اطلاعات حسی ورودی، روی چنین تختهسیاهی ثبت شده و بهطور جهانی در چندین سامانهٔ شناختی پخش شود –سامانههایی که این دادهها را برای صحبت کردن، ذخیره یا فراخوانی خاطره، یا انجام عملی پردازش میکنند.
چون تختهسیاه فضای محدودی دارد، در هر لحظه تنها میتوانیم به مقدار کمی از اطلاعات آگاه باشیم. شبکهای از نورونها که این پیامها را پخش میکنند، گمان میرود در لوبهای پیشانی و آهیانهای قرار داشته باشند. وقتی این دادههای پراکنده در این شبکه پخش شده و بهطور جهانی در دسترس قرار گیرند، آن اطلاعات آگاهانه میشوند؛ یعنی فرد نسبت به آنها آگاه میگردد. ماشینهای فعلی هنوز به این سطح از پیچیدگی شناختی نرسیدهاند، اما برای رسیدن به آن، تنها مسئله، زمان است. طبق ادعایِ نظریۀ GNW، کامپیوترهای آینده واجد آگاهی خواهند بود.
نظریهٔ اطلاعات یکپارچه (IIT) که توسط تونی و همکارانش، از جمله خود من، توسعه یافته، نقطهٔ شروع بسیار متفاوتی دارد: خود تجربه. هر تجربه ویژگیهای اساسی خاص خود را دارد. تجربه امری درونی است و تنها برای سوژه، بهعنوان «دارندۀ» آن، وجود دارد. تجربه ساختارمند است (مثلاً درحالی که سگی قهوهای از خیابان عبور میکند، تاکسی زردی ترمز میکند). تجربه خاص است، یعنی از هر تجربۀ آگاهانۀ دیگری متمایز است، مانند یک قاب (فریم) مشخص در فیلم. علاوه بر این، تجربه یکپارچه و معین است. وقتی در یک روز گرم و آفتابی روی نیمکت پارک نشستهاید و کودکان را تماشا میکنید، بخشهای مختلف تجربه – نسیمی که در موهایتان میپیچد یا لذت حاصل از شنیدن خندهٔ کودکِ خردسالتان – نمیتوانند از هم جدا شوند، مگر اینکه خودِ آن تجربه دیگر همان تجربۀ قبلی نباشد.
تونونی فرض میکند که هر سازوکار پیچیده و بههمپیوستهای که ساختارش مجموعهای از روابط عّلت و معلولی را رمزگذاری کند، واجد این ویژگیها خواهد بود و بنابراین دارای سطحی از آگاهی خواهد بود. از درون، چیزی شبیه به تجربه خواهد داشت. اما اگر آن سازوکار، مانند مخچه، فاقد یکپارچگی و پیچیدگی باشد، از چیزی آگاه نخواهد بود. از دید نظریهٔ اطلاعات یکپارچه (IIT)، آگاهی همان توان علّی درونی (intrinsic causal power) است که با سازوکارهای پیچیدهای مانند مغز انسان مرتبط است.
نظریهٔ IIT همچنین از روی پیچیدگیِ ساختارِ بههمپیوستۀ زیربنایی، عدد غیرمنفی واحدی به نام Φ (تلفظ: «فای») استخراج میکند که آگاهی را کمّی میسازد. اگر Φ برابر صفر باشد، سیستم هیچ حسی از بودن خود ندارد. برعکس، هرچه این عدد بزرگتر باشد، سیستم توان علّی درونی بیشتری دارد و آگاهتر است. مغز که از ارتباطات بسیار گسترده و ویژهای برخوردار است، Φ بسیار بالایی دارد و این نشاندهندهٔ سطح بالایی از آگاهی است. نظریهٔ IIT توضیح میدهد که چرا مخچه در آگاهی نقشی ندارد و چرا معیار «زپ و زیپ» مؤثر است (کمیّتی که این معیار اندازهگیری میکند، تقریب بسیار خامی از Φ میباشد).
نظریهٔ IIT همچنین پیشبینی میکند که شبیهسازی پیشرفتهٔ مغز انسان روی کامپیوتر دیجیتال نمیتواند آگاه باشد، حتی اگر بتواند بهشیوهای صحبت کند که از انسان قابل تشخیص نباشد. درست همانطور که شبیهسازی نیروی گرانشی عظیم یک سیاهچاله، در حقیقت فضا-زمان پیرامون کامپیوتری که کد اخترفیزیکی را اجرا میکند، خم نخواهد کرد، نوشتن برنامه برای ایجاد آگاهی نیز هرگز منجر به کامپیوتری آگاه نخواهد شد. آگاهی را نمیتوان محاسبه کرد؛ بلکه باید در ساختار خود سیستم تعبیه شود.
دو چالش پیش روی ما قرار دارد. یکی این است که از ابزارهای هرچه دقیقترِ در اختیارمان برای مشاهده و بررسی ائتلافهای گستردهٔ نورونهای بسیار ناهمگونِ سازندهٔ مغز بهره بگیریم تا ردپاهای نورونیِ آگاهی را دقیقتر مشخص کنیم. با توجه به پیچیدگی بغرنجِ دستگاه عصبی مرکزی، این تلاش دههها به طول خواهد انجامید. چالش دیگر، تأیید یا ردّ دو نظریهٔ غالب کنونی است؛ یا شاید ترکیبِ قطعاتی از این دو برای ساختن نظریهای بهتر که بتواند بهطور رضایتبخشی معمای مرکزیِ وجود ما را توضیح دهد: چگونه یک عضو سهپوندی با بافتی شبیه توفو، احساس زندگی تراوش میکند.
