Foto: kentoh / Dollar Photo Club

Jak matematicky vytvořit „vědomí já“

Neuron je obvykle spojen s desítkami až tisíci jiných neuronů. Tranzistory v počítači naproti tomu vysokou míru propojení nemají.

Tononi mi vysvětloval, jak na základě objevu, že se vědomé mozky chovají jako sítě, vyvinul novou teorii sítí, které podle jeho názoru mají vědomí. Součástí této takzvané integrované teorie informací (IIT) je i matematický vzorec pro měření míry integrace a neredukovatelnosti sítě, a ten je podle Tononiho klíčem ke vzniku pocitu vlastního já. Tato veličina, označená písmenem Φ, může měřit nejen lidské mozky, ale i stroje, včetně mého telefonu, a nabízí kvantitativní, matematický pohled na to, co ze mě dělá „mě“. Čím je hodnota Φ vyšší, tím je míra vědomí sítě větší. Myslím, že jako matematika mě vysoce vzrušuje vyhlídka vyjádřit matematickou rovnicí, proč já jsem „já“ a jak moje „já“ vzniklo.
Vědomý mozek se podobá síti s vysokým stupněm propojení a zpětné vazby. Když se v jedné části takové sítě aktivují neurony, vede to ke kaskádě ověřování a přesunů informací po celé síti. Pokud síť sestává pouze z izolovaných ostrůvků, pak se jeví jako bez vědomí. Tononiho koeficient vědomí tedy měří, do jaké míry je daná síť více než souhrnem svých částí.
Tononi se ale domnívá, že samotná vysoká konektivita sítě nestačí a že je důležitá i povaha propojení celku. Jestliže neurony začnou pálit své salvy synchronně, podle všeho se vědomá zkušenost nevytvoří. Přesně to dělá mozek během hlubokého spánku. Druhým krajním případem jsou záchvaty doprovázené ztrátou vědomí, které jsou často spojeny s vysoce synchronizovanou a propojenou aktivací neuronů po celém mozku. Důležitá je zde tedy zřejmě existence široké škály rozlišených stavů. V propojení by naopak příliš mnoho vzorců nebo symetrií být nemělo, protože to by mohlo vést k neschopnosti rozlišovat rozdílné vjemy a zkušenosti. Když bude síť propojena příliš hustě, bude se chovat vždy stejně, ať bude mít vstupy jakékoli.
Tononiho koeficient se pokouší vystihnout jeden z pozoruhodných rysů naší vědomé zkušenosti: schopnost mozku sjednotit ohromné rozpětí různých vstupů, které naše tělo svými smysly přijímá, a syntetizovat je do jediného zážitku. Vědomí nelze rozebrat na jednotlivé a nezávisle pociťované vjemy. Když hledím na svou hrací kostku z kasina, moje vjemy nejsou oddělené: není jeden, který vnímá bezbarvou kostku, zatímco druhý vidí jen beztvarou skvrnu červené barvy. Tononiho koeficient se rovněž pokouší kvantifikovat, o kolik více informací vytváří síťově propojený systém proti stavu, kdy je rozdělen na vzájemně nespojené části, jako je to v mozku během hlubokého spánku.
Tononi se svými spolupracovníky spouštěli v jednoduchých „mozcích“, složených z osmi různě propojených neuronů, zajímavé počítačové simulace, aby zjistili, jaká síť má největší Φ. Výsledky simulací naznačují, že hodnotu koeficientu zvyšuje, pokud má každý neuron jiný vzorec spojení se zbytkem sítě než ostatní a zároveň se v rámci celé sítě sdílí co nejvíce informací. Máme-li tedy síť, která je rozdělena na dvě samostatné poloviny, měly by obě být schopny vzájemně komunikovat. Toto rozpůlení je zajímavým kompromisem mezi příliš hustým propojením s omezenou diferenciací mezi neurony na jedné straně a – na straně druhé – diferenciací vytvářenou za cenu, že bude mluvit každý.
Důležitá je ale i povaha propojení. Tononi vytvořil dvě funkčně obdobné sítě se stejnými výstupy, jedna z nich ale měla vysoké Φ, protože informace se v ní neustále přesunovaly tam a zpět, zatímco druhá síť měla Φ nízké, protože byla nastavena tak, aby informace se v ní posílaly jen dopředu (neurony nemohly posílat signály zpět). Tato druhá síť je podle Tononiho příkladem „zombie sítě“: jejími výstupy jsou tytéž informace jako u první sítě, nemá ale žádné vědomí sebe samé. Díváme-li se jen na výstup, pak tyto dvě sítě nerozlišíme. Zombie sítě ale svůj výstup vytvářejí zcela odlišným způsobem, který můžeme měřit pomocí Φ. Pokud to uděláme, zjistíme, že zombie síť nemá žádný vnitřní svět.
Je povzbudivě vědět, že thalamokortikální systém mozku, který hraje významnou roli při vytváření vědomí, má strukturu odpovídající sítím s vysokým Φ. To nápadně kontrastuje s neurony v cerebellu čili mozečku, který se na vzniku vědomí nepodílí. Mozeček je umístěn v lebce vzadu dole a ovládá udržování rovnováhy nebo jemnou motoriku. Třebaže obsahuje plných 80 procent neuronů celého mozku, když bude odstraněn, budou sice naše pohyby silně ochromeny, na našem pocitu vlastního já to ale nic nezmění.
V roce 2014 přijali v jedné čínské nemocnici čtyřiadvacetiletou ženu, která si stěžovala na závratě a nevolnost. Když jí skenovali mozek a snažili se zjistit příčinu potíží, zjistilo se, že se narodila bez mozečku. Sice jí v dětství trvalo delší dobu, než se naučila chodit, a nikdy neuměla běhat nebo skákat, avšak nikdo z lékařů, kteří ji viděli, nezapochyboval, že je plně při vědomí. Nebyla to zombie, ale jen fyzicky postižená lidská bytost.
Prozkoumáme-li neuronovou síť v jádru mozečku, nalezneme tam místa, která se obvykle aktivují nezávisle na sobě a neprobíhá mezi nimi takřka žádná komunikace, podobně, jako je to v mozku spícího člověka. Nízké Φ neuronové sítě cerebella odpovídá předpokladu, že v mozečku se vědomá zkušenost nevytváří.
Zjištění, že způsob propojení neuronů by mohl být klíčem k vědomí, vedlo k myšlence, že součástí odpovědi na otázku, co ze mě dělá „mě“, je můj „konektom“. Konektom je úplná mapa propojení neuronů v mozku. Tak jako nám projekt lidského genomu poskytl nevídané informace o fungování těla, tak i mapování lidského konektomu může přinést podobně objevné pohledy na fungování mozku. Spojíme-li podobu této sítě s pravidly jejího fungování, možná dostaneme ingredience, z nichž v takové síti vzniká vědomí.
Vypracovat konektom lidského mozku je vzdáleným cílem, máme už ale úplnou mapu propojení neuronů uvnitř háďátka obecného, milimetr dlouhého červa se zvláštním zalíbením v hromadách kompostu. Jeho nervový systém sestává přesně ze 302 neuronů, a tento živočich je tak ideálním objektem pro zmapování úplného propojení mezi neurony. I přesto máme do nalezení souvislostí mezi propojením neuronů a chováním háďátka stále daleko.

Má internet vědomí?
Jestliže Tononiho Φ je měřítkem způsobu propojení sítě, mohlo by nám napovědět, zda chytrý telefon, internet nebo třeba město by mohly někdy nabýt vědomí. Možná, že jakmile internet nebo počítač překročí někdy v budoucnu určitý práh, mohl by se poznat v zrcadle. Vědomí by mohlo odpovídat fázové změně tohoto koeficientu, podobně jako když voda změní skupenství ve chvíli, kdy její teplota překročí bod varu nebo mrazu.
Je zajímavé, že po podání anestetik se vědomí nevypíná postupně, ale podle všeho najednou. Kdo byl někdy na operačním stole a anesteziolog ho požádal, aby počítal do deseti, ví (nebo možná neví), že v jedné chvíli náhle odpadl. Tato změna má velmi nelineární povahu a podobá se fázovému přechodu. Jestliže základem vědomí je propojenost sítě, vyvstává otázka, jaké jiné sítě by už dnes mohly mít vědomí? Celkové množství tranzistorů, které jsou propojeny prostřednictvím internetu, se pohybuje v řádu 10 na 18, kdežto počet neuronů v mozku je zhruba 10 na 11. Rozdíl je ale ve způsobu propojení. Neuron je obvykle spojen s desítkami až tisíci jiných neuronů, což umožňuje vysoký stupeň informační integrace. Tranzistory v počítači naproti tomu vysokou míru propojení nemají. Podle Tononiho koeficientu tak internet s velkou pravděpodobností vědomí nemá… prozatím.
Informační kapacita obyčejné digitální fotografie je obrovská: například pouhý milion černobílých pixelů displeje umožňuje vytvořit 2 na 1 000 000 možných černobílých snímků. Fotoaparát zaznamená detaily, o nichž ve chvíli, kdy koukám do jeho hledáčku, vůbec netuším. V tom to ale je: moje vědomá zkušenost nedokáže tak ohromné množství vstupů zpracovat, takže hrubé smyslové údaje ze záběru shrne do smysluplných informací a jejich obsah omezí.
Počítače se přesto lidským schopnostem vidění zdaleka nevyrovnají. Nejsou schopny najít ve fotografii příběh. Potíž je v tom, že čtou pixel po pixelu a nedovedou tyto informace integrovat. Lidé naproti tomu vynikají v tom, že toto obrovské množství vizuálních dat vezmou a vytvoří z nich příběh. A právě tato schopnost lidské mysli integrovat informace a vybírat z nich to podstatné je jádrem Tononiho měření míry vědomí pomocí Φ.
Samozřejmě, stále neumíme vysvětlit, jak nebo proč by vysoké Φ mělo vytvářet vědomou zkušenost. Obojí má nepochybně nějaký vzájemný vztah, což něco významného naznačuje – svědčí o tom experimenty na spících pacientech, jejichž sítě mají dočasně snížené Φ, i fungování různých oblastí mozku, které mají odlišná propojení neuronů. Stále ale neumíme říct, proč to vede ke vzniku vědomí, ani nevíme, zda by vědomou zkušenost mohl mít i stejně propojený počítač.

Tento text je úryvkem z knihy:
Marcus du Sautoy: Co nemůžeme poznat
Výprava na hranice vědění

Argo a Dokořán 2019
O knize na stránkách vydavatele
obalka-knihy

pokračování: Otázka vědomí jako pouhé zmatení jazyka?

Na toto téma viz také:
Vědomí jako pocit zpracovávané informace – kde je problém?

Slepé uličky termojaderné fúze: bublinková fúze a fúze s pomocí mionů

Známá kauza údajné „studené fúze“ při elektrolýze z roku 1989 nebyla jedinou slepou uličkou souvisejících …

One comment

  1. Srovnávat triviální součástku – tranzistor – s neuronem je nepatřičné. Blíž realitě by možná bylo srovnání neuronu s kompletním počítačem.

Napsat komentář

Vaše emailová adresa nebude zveřejněna. Vyžadované informace jsou označeny *

Používáme soubory cookies pro přizpůsobení obsahu webu a sledování návštěvnosti. Data o používání webu sdílíme s našimi partnery pro cílení reklamy a analýzu návštěvnosti. Více informací

The cookie settings on this website are set to "allow cookies" to give you the best browsing experience possible. If you continue to use this website without changing your cookie settings or you click "Accept" below then you are consenting to this.

Close