کریستوف کوچ (Christof Koch)، نویسندهی مقاله اصلی، دانشمند ارشد و رئیس مؤسسهی آلن برای علوم مغزی در سیاتل است. او عضو شورای مشاوران Scientific American بوده و مؤلف کتابهای زیادی، مثل خودآگاهی: اعترافات یک تحلیلگر رومانتیک، میباشد.
این مقاله خرد، یکی از بخشهای بزرگترین سؤالات علم است. برای دسترسی به تمام محتوا اینجا کلیک کنید.
خودآگاهی تمام مواردی است که شما تجربه میکنید. آهنگی که در ذهنتان مانده، شیرینی موس شکلات، درد آزاردهندهی دندان، عشق شدید به فرزندتان و خودآگاهی تلخ از پایان پذیری احساسات!
منشا و ماهیت تجربیات، گاها به عنوان هوشیاری است که از عهد باستان تا به حال پر رمز و راز بوده است. بسیاری از فیلسوفان تحلیل کنندهی ذهن، که احتمالا برجستهترین آنها Daniel Dennett از دانشگاه Tufts است، رسیدن به خودآگاهی رودررویی سخت با جهان مادی بی معنی، بیاعتبار ساختن و توهم دانستن آن است. به این ترتیب آنها انکار میکنند که این هوشیاری وجود دارد و یا استدلال میکنند که هرگز نمیتوان خودآگاهی را از منظر علمی بررسی شوند.
اگر این ادعا صحت داشت، این مقاله بسیار کوتاه میشد. تمام چیزی که من نیاز دارم اثبات کنم این است که چرا من، شما و همه مردم متقاعد شدهاند که ما احساساتی داریم. اگر من آبسه دندانی داشته باشم و یک استدلال محکم آورده شود تا مرا متقاعد کند که دردم خیالی است، درد و عذاب آن را ذرهای کاهش نمیدهد. از آنجایی که من علاقهی چندانی نسبت به موضوع راه حل ناامیدانهی مغز-بدن ندارم، پس باید کاری کنم.
اکثر محققان خودآگاهی را به عنوان یک داده پذیرفتهاند و به دنبال درک ارتباط آن از منظر علمی با جهان عینیاند. بیش از ۲۵ سال قبل من و فرانسیس کریک تصمیم به موضع گیری در بحثهای فلسفی در رابطه با خودآگاهی به جای جستجوی رد پای فیزیکی آن گرفتیم (که دانشمندان را از زمان ارسطو تا به حال درگیر کرده است). آیا این یک قسمت هیجانانگیز از مغز است که موجب خودآگاهی میشود؟ امیدواریم با درک این موضوع به حل مسائلی اساسیتر نزدیک شویم.
ما به طور اختصاصی به دنبال همبستگیهای عصبی با هوشیاری هستیم (NCC) که به عنوان کمترین مکانیسمهای عصبی کافی متصل برای هر تجربه خودآگاهی مخصوص است؛ برای مثال، چه اتفاقی باید در مغز شما بیفتد تا احساس دندان درد کنید؟ آیا سلولها عصبی در برخی از فرکانسهای جادویی ارتعاش میکنند؟ یا باید برخی نورونهای هوشی خاصی فعال شوند؟ در کدام قسمتهای مغز این سلولها قرار میگیرند؟
ارتباطات نورونی در خودآگاهی
در تعریف NCC، موصوف “حداقل” حائز اهمیت است. مغز به کل میتواند یک NCC باشد؛ که تجربیات را روزانه ایجاد میکند. اما جایگاه خودآگاهی میتواند محدودتر شود. طناب نخاعی را در نظر بگیرید، لولهای انعطاف پذیر به درازای یکونیم فوت از بافت عصبی درون استخوانهای پشتی با حدود یک بیلیون سلول است. اگر طناب نخاعی در اثر ضربه به طور کامل از ناحیه گردن قطع شود، قربانیان به طور کامل در تنه، پاها و دستها احساس فلجی میکنند، قادر به کنترل روده و مثانه خود نبوده و بدنشان حس نخواهد داشت. با این حال آنها حیات را با همهی گوناگونیهایش تجربه میکنند؛ میبینند، بو میکنند، میشنوند و احساسات را درک کرده و مثل قبل از وقوع حادثه به یاد میآورند.
مخچه را در نظر بگیرید، مغز کوچکی در قسمت تحتانی پشت مغز است. یکی از قدیمیترین مدارهای مغز از نظر تکاملی است که در کنترل حرکات، وضعیت و راه رفتن و عملکرد متوالی پیچیدهی حرکات نقش دارند. نواختن پیانو، تایپ، رقص روی یخ یا سنگ نوردی، همه این فعالیتها مخچه را درگیر میکنند که نورونهای شگفت انگیز مغز به نام سلولهای پورکنژ را شامل میشوند و دارای پیچکهایی هستند که مانند مرجان دریایی پخش شدهاست و حرکات الکتریکی پیچیده را متحمل میشود. بیشترین تعداد نورون در این قسمت است، حدود ۶۹ میلیارد که چهار برابر بقیه قسمتهای مغز است (که بیشترشان سلولهای ستارهای شکل گرانولار مخچهاند).
بیشتر بخوانید:
- رویای روشن، کلیدی برای باز کردن صندوق پر رمز و راز آگاهی
- تصور دانشمندان بر این است که مرکز هوشیاری را یافتهاند
- دانش پُست مدرن؛ توهم خودآگاهی
- القاء حالت بالاتری از آگاهی توسط داروهای روانگردان
اگر بخشی از مخچه در اثر سکته مغزی یا چاقوی جراحی صدمه ببیند، چه انفاقی میافتد؟ بیماران مخچهای از کمبودهای متعددی شکایت میکنند، مثل: از دست دادن توانایی پیانو زدن، یا تایپ کیبورد ولی هیچ وقت در جنبههای دیگر خودآگاهی کم نمیآورند. آنها میشنوند، میبینند و به خوبی احساس میکنند، رویدادهای گذشته را به یاد میآورند و به برنامه ریزی برای آیندهشان ادامه میدهند. حتی تولد بدون مخچه تاثیر قابل ملاحظهای بر تجربهی آگاهانه فرد ندارد.
کل دستگاههای عظیم مخچه تاثیری بر تجربه ذهنی ندارند. چرا؟ نکات مهمی در مدار مخچه وجود دارد که شدیداً یک شکل و موازی هستند (همانطور که باطریها به شکل موازی بهم وصل میشوند). مخچه به طور انحصاری تقریبا یک مدار پیشرو (feed-forward) است: مجموعهای از نورونهای بعدی را تغذیه میکند، که آن هم به نوبه خود در مجموعه سوم موثر است. هیچ حلقهی فیدبکی پیچیدهای وجود ندارد که با فعالیت الکتریکی به عقب وجلو حرکت کند. (باتوجه به زمان مورد نیاز که برای توسعه ادراک آگاهانه در نظر گرفته میشود، اکثر نظریه پردازان نتیجه میگیرند باید شامل حلقههای فیدبکی در مدار مغناطیسی مغز باشد) علاوه بر این، مخچه از نظر عملکردی به صدها و حتی بیشتر، مدل محاسباتی مستقل تقسیم میشود. هرکدام به طور موازی با ورودیها و خروجیهای جداگانه و غیرمشترک، حرکات متفاوت و سیستم شناختی را کنترل میکند. آنها به ندرت با هم تعامل دارند که برای هوشیاری امری ضروری است.
یک درس مهم از نخاع و مخچه این است که غول چراغ جادوی خودآگاهی در زمان تحریک بافت عصبی ظاهر نمیشود و چیزی بیشتر مورد نیاز است. این فاکتور اضافهتر در ماده خاکستری یافت میشود که در بخش خارجی قشر مغز است و به اندازه یک پیتزای چهارده اینچی است. دو عدد از این ورقهها، بسیار چینخورده و به همراه صدها میلیون سیم (ماده سفید) درون جمجمهاند. همهی شواهد در دسترس نشان از آن دارد که نئوکورتکس احساسات را میسازد.
ما میتوانیم جایگاه خودآگاهی را محدودتر از این هم بکنیم. به عنوان مثال، آزمایشهایی انجام دهید که در آن محرک های مختلفی به سمت راست و چپ چشم ارائه میشود. تصور کنید یک تصویر از دونالد ترامپ فقط برای چشم چپ و یک تصویر از هیلاری کیلنتون فقط برای چشم راست نشان داده شود. ممکن است تصور کنید که این دو تصویر را روی هم خواهید دید، اما اینطور نیست؛ درواقع چند ثانیه ترامپ را میبینید، ناپدید شده و کلینتون را میبینید و سپس دوباره ترامپ را میبینید. این دو تصویر در یک تناوب پایان ناپذیر تکرار خواهند شد که دانشمند آن را رقابت دو قطبی مینامند؛ زیرا مغزتان یک ورودی مبهم دریافت میکند و نمیتواند تصمیم بگیرد که آیا تصویر ترامپ است یا کلینتون؟
اگر در همان لحظه داخل یک اسکنر مغناطیسی دراز کشیده باشید که فعالیتهای مغزتان را ثبت کند، آزمایش کنندگان متوجه میشوند مناطق گستردهای از مغز، که در مجموع posterior hot zone نامیده میشوند، فعالاند. اینها بخشهای پاریتال، اکسیپیتال و تمپورال در قسمت خلفی قشرند که مهمترین نقش را در ردیابی آنچه ما میبینیم ایفا میکنند. جالب اینجاست که قشر بصری اولیه که اطلاعات اولیه را دریافت میکند و عبور میدهد، نشانهای از چیزی که سوژه میبیند نشان نمیدهد. یک سلسله مراتب مشابه بینایی درباره شنوایی و لامسه به نظر میرسد وجود داشته باشد: قشرهای شنوایی و حس پیکری اولیه مستقیما در مقدار شنوایی اولیه یا حس پیکری اولیه کمکی نمیکنند. در عوض در مراحل بعدی پردازش در هات زون خلفی است که باعث ادراک آگاهانه، از جمله در تصویر ترامپ و کلینتون میشود.
برای روشن شدن بیشتر موضوع دو منبع از اطلاعات بالینی ارائه میشود که شامل تحریک الکتریکی بافت قشری و مطالعه بیماران پس از از دست دادن مناطق خاص ناشی از آسیب یا بیماری است. یرای مثال: قبل از حذف تومور مغزی یا محل تشنج در بیماران صرعی، برای مثال جراحان مغز و اعصاب بوسیله الکترودها، عملکرد قشر مجاور بافت دقیقا تحریک میشود. تحریک هات زون خلفی ممکن است موجب طیف متنوعی از احساسات شود. که مانند چشمک زدن در نور، اشکال هندسی، تحریف نور، توهم شنوایی یا بصری، آشناپنداری یا بیاعتمادی، تمایل به حرکت اندام خاص و… میباشد. تحریک قدام قشر مغز موضوعی متفاوت است که هیچ تجربهی مستقیمی ندارد.
منبع دوم بینش، بیماران عصبی از نیمه اول قرن بیستم هستند. جراحان گاها به علت تومور یا تشنج صرعی مجبور به شکافتن کمربند بزرگی از قشر پیشانی میشوند. قسمت قابل توجه، عادی ظاهر شدن این بیماران است. از دست دادن بخشی از لوب قدامی اثرات خاصی دارد: از جمله بیماران نمیتوانند احساسات یا اقدامات نامناسبشان را مهار کنند، کمبود حرکتی یا تکرار غیر قابل کنترل اقدامات خاص یا کلمات. اما بعد از عمل، شخصیت و IQ این افراد بهبود یافت و برای سالهای طولانی به زندگی خود ادامه دادند و هیچ مدرکی مبنی بر حذف بافت پیشانی که بر تجربه آگاهانه آنها تاثیر داشته باشد وجود نداشت. برعکس حذف مناطق هرچند کوچک کورتکس خلفی که هات زون خلفی در آن قرار دارد، میتواند منجر به از دست رفتن تمام انواع محتوای آگاهانه شود: بیماران قادر به تشخیص چهره یا دیدن حرکت، رنگ یا فضا نیستند.
بنابراین به نظر میرسد که مناظر، صداها و سایر احساسات زندگی، همانطور که تجربه میکنیم، توسط مناطق درون قشر خلفی ایجاد میشود. تا آنجا که میتوان گفت، تقریبا تمام تجربیات آگاهانه از اینجا منشا میگیرند. اختلاف شدید بین این مناطق خلفی و بخش اعظم قشر پیشانی مه به طور مستقیم بر محتوای ذهنی تاثیر ندارد، چیست؟ راستش را بخواهید، نمیدانیم. یافتههای اخیر حاکی از نزدیک شدن دانشمندان علوم اعصاب به کشف آن است.
سنجش خودآگاهی
متخصصان بالینی نیاز مبرمی به دستگاهی که به طور قابل ملاحظهای حضور یا عدم خودآگاهی در افراد مبتلا به اختلال یا ناتوانی را تشخیص دهد، احساس میکنند. برای مثال، در طی جراحی بیماران بیهوش میشوند تا ثابت نگه داشته شوند، فشار خونشان ثابت بماند و درد، خاطرات تروماتیک از بین برود. متاسفانه این هدف همیشه مطابقت ندارد. هر ساله صدها بیمار تحت بیهوشی نوعی خودآگاهی احساس میکنند.
گروه دیگری از بیمارانی که دچار آسیب شدید مغزی به علت حوادث، عفونت و یا مستی شدید شدهاند، قادر به صحبت کردن یا پاسخ دادن به درخواستهای کلامی نیستند. ثابت کردن این که آنها زندگی را تجربه میکنند، یک چالش جدی برای هنرهای بالینی است. تصور کنید یک فضانورد در فضا است و تلاش میکند به تیم کنترل ماموریت که سعی در تماس با او دارند پاسخ دهد. رادیو آسیب دیده صدای او را رله نمیکند و به نظر میرسد در جهان گم شده است. این وضعیتی مشابه بیمارانی است که مغز آنها آسیب دیده و اجازه نمیدهد با دنیا ارتباط برقرار کند.
در اوایل سال ۲۰۰۰، Giulio Tononi از دانشگاه مدیسون ویسکانسین و Marcello Massimini از دانشگاه میلان ایتالیا، پیشگامان تکنیکی به نام zap and zip هستند تا تشخیص دهند فرد آگاه است یا خیر. این دانشمندان یک سیم پیچ غلافدار را در برابر پوست سر قرار دادند و تحریک کردند (یک ضربان شدید انرژی مغناطیسی به جمجمه دادند) که یک جریان الکتریسیته کوتاه در نورونهای زیر آن ایجاد کرد. این آشفتگی به نوبهی خود سلولهای شریک این نورونها را در مناطق متصل، با زنجیرهای از انعکاس تحریک و مهار میکند. شبکهای از سنسورهای الکتروآنسفالوگرام (EEG) که خارج از جمجه قرار میگیرند، این سیگنالهای الکتریکی را ثبت میکنند. با گذشت زمان، این ردیابها، که به یک محل خاص در مغز زیر جمجمه مربوط میشوند یک فیلم تولید میکنند.
این پروندههای باز شده نه تنها یک الگوی تقلیدی را آشکار نکرد بلکه نشان داد کاملا رندوم است. به طور قابل توجهی هرچه این ریتمها قابل پیش بینیتر بود، مغز ناخودآگاهتر میشد. محققان این شهود را با فشرده سازی دادهها در فیلم با الگوریتمی که معمولا برای فشرده سازی فایلهای کامپیوتری استفاده میشود، اندازه گیری کردند. فشرده سازی تخمینی از پیچیدگی پاسخ مغز بوجود آورد. داوطلبانی که بیدار بودند شاخص “پیچیدگی متغیر” بین ۰.۳۱ و ۰.۷۰ داشتند که در زمان بیهوشی و خواب عمیق به کمتر از ۰.۳۱ میرسید. Tonnoni و Massimini این اندازه گیری zap and zip را در ۴۸ بیمار با آسیب مغزی اما پاسخگو به محرک و بیدار، مورد آزمایش قرار دادند که در نتیجه، در تمام پروندهها شواهد رفتاری برای خودآگاهی را تایید کرد.
بیشتر بخوانید:
- بازگشت هوشیاری پس از ۱۵ سال زندگی نباتی!
- هوش مصنوعی مانند سلولهای مغز انسان عمل میکند!
- حالت خودکار مغز چگونه عمل میکند؟
سپس تیم zip and zap را بر ۸۱ بیمار که حداقل هوشیاری را داشتند و یا در حالت نباتی بودند، اعمال کرد. برای گروه قبلی که نشانههایی از رفتار غیر رفلکسی داشتند، با این متد ۳۶ نفر از ۳۸ فرد را آگاه و اشتباها دو بیمار را ناآگاه تشخیص دادند. از ۴۳ بیمار نباتی که همراهان آنها تلاشهای ناموفقی برای برقراری ارتباط داشتند، ۳۴ مورد ناخودآگاه و ۹ مورد آگاه تشخیص داده شد که نشان میدهد آنها آگاهاند و قادر به برقراری ارتباط با کسانی که دوستشان دارند هستند.
مطالعات درحال تلاش برای استاندارد کردن و بهبود zip and zap برای بیماران عصبی و گسترش آن به بیماران روانپزشکی و کودکان است. دانشمندان دیر یا زود مکانیسمهای عصبی برای ایجاد تجربه کشف میکنند. گرچه این یافتهها اهمیت بالینی زیادی دارد و میتواند به خانوادهها کمک کند، اما به برخی سوالات اساسی پاسخ نمیدهد: مثلا اینکه چرا فقط این نورونها این ویژگی را دارند؟ یا چرا فقط در فرکانسی خاص؟ در واقع معمای پایدار این است که چگونه و چرا ذراتی از مادهی فعال سازماندهی شدهاند تا احساس خودآگاهی را ایجاد کنند؟ در نهایت، مغز مانند هر ارگان دیگری مانند قلب و ریه تحت قوانین فیزیکی است. چه چیزی آن را متفاوت میکند؟ بیوفیزیک توده قابل تحریک مغز چیست که ماده خاکستری را به صدای فراگیر باشکوه که ایجاد کنندهی تجربه روزمره است، تبدیل میکند؟ در نهایت آنچه که ما نیاز داریم یک مدار پیچیده از نورونها یا ترانزیستورهای سیلیکونی است تا تجربه ایجاد کند. علاوه بر این سوالی که مطرح است، تفاوت کیفیت این تجربیات است. چرا حس یک رنگ آبی روشن از صدای ناهنجار یک ویولون متفاوت است؟ آیا این دو حس متفاوت، عملکرد یکسانی دارند؟ اگر اینگونه است، آن عملکرد چیست؟ چنین تئوری به ما امکان میدهد تا نتیجه بگیریم سیستم چه چیزی را تجربه خواهد کرد. در نبود تئوری با پیشبینیهای قابل سنجش، هر گونه حدس و گمان شهودی و غیرقابل اعتماد خواهد بود.
بحثهای شدیدی حول دو تئوری محبوب خودآگاهی صورت گرفته است.
اولی فضای کار عصبی جهانی (GNW) است که توسط Bernard J.Baars و دانشمند علوم اعصاب Stanislas Dehaene و Jean-Pierre Changeux مطرح شده است. این تئوری با مشاهده شروع میشود، زمانی که شما آگاه به چیزی هستید، بسیاری از قسمتهای مغزتان به اطلاعات دسترسی دارند. اگر از طرفی دیگر شما ناخوداگاهانه رفتار کنید، اطلاعات به سنسور سیستم حرکت مخصوصی متمرکز میشود. برای مثال وقتی سریع تایپ میکنید، بیشتر بصورت اتوماتیک عمل میکنید. وقتی از شما میپرسند که چگونه اینکار را میکنید، شما تسلط آگاهانه کمی به آن مطلب دارید زیرا خیلی سریع اتفاق میافتد.
به سوی یک نظریه اساسی
GNW استدلال میکند که خودآگاهی ناشی از نوع خاصی از پردازش اطلاعات است. هر دادهای که بر روی این تخته سیاه نوشته شود به یک میزبان از فرایندهای وابسته تبدیل میشود: حافظه کاری، زبان، برنامه ریزی مدل و… با توجه به GNW، خودآگاهی زمانی آشکار میشود که ورودی اطلاعات حسی، نوشتههای روی چنان تخته سیاهی تماما به چندین سیستم شناختی پخش میشود که این دادهها را برای صحبت کردن، ذخیره یا فراخوانی یک حافظه یا اجرای یک عمل انجام میدهند.
از آنجا که تخته سیاه دارای یک فضای محدود است، ما فقط میتوانیم در هر لحظه از اطلاعات کمی خودآگاهی داشته باشیم. شبکه نورونهایی که این پیامها را پخش میکند، فرض میشود که در لبههای پیشانی و پاریتال واقع شده است. این موضوعات در این شبکه پخش میشوند و در تمام قسمتها در دسترساند تا اطلاعات به خودآگاه بیاید. یعنی فرد از آن آگاه شود. با اینکه رایانههای امروزی فعلا به این پیچیدگی شناختی نرسیدهاند و مسئله زمان است. GNW میگویند رایانههای آینده آگاه خواهند بود.
تئوری ترکیب اطلاعات (IIT) که توسط Tononi و همکارانش از جمله من، مطرح شده، نقطه شروع بسیار متفاوتی دارد: تجربه خود. هر تجربهای دارای ویژگیهای خاصی است. این یه موضوع درونی است و وجود آن تابع مالکش است؛ و سازمان بندی شده (کابین زردی که هنگام عبور یک سگ قهوهای از خیابان ترمز میکند) و مخصوص است (مثل یک فریم خاص در فیلم) که جدا از هرگونه تجربه خودآگاهی است. علاوه بر اینها خودآگاهی یکپارچه است.
هنگامی که شما در یک روز گرم و آفتابی نشستهاید و بازی کودکان را تماشا میکنید، قسمتهای مختلف این تجربه از جمله نسیمی که در موهایتان میپیچد و یا لذت شنیدن خنده کودکان نو پا، نمیتواند به بخشهای جدا از تجربه تبدیل شود.
Tononi معتقد است هر مکانیسم پیچیده و متصل که ساختارش مجموعهای از روابط علت و معلولی است، این ویژگیها را دارد؛ پس سطوحی از خودآگاهی را خواهد داشت. خودآگاهی چیزی است که از داخل احساس میشود. اما اگر مانند مخچه، مکانیسم فاقد یکپارچگی و پیچیدگی باشد، از هیچ چیز آگاه نخواهد بود. همانطور مه در IIT گفته شد، این یک قدرت عقلانی درونی است که با ساز وکارهای پیچیده مانند مغز انسان مرتبط است.
نظریه IIT همچنین از پیچیدگی ساختاری درونی متضاد پیروی میکند، یک عدد غیر منفی مانند Φ (فی) است و این هوشیاری را اندازه گیری میکند. اگر Φ صفر باشد، سیستم به هیچ وجه خودش را احساس نمیکند. برعکس، هرچه این عدد بزرگتر باشد، قدرت سیستم عاملی پیچیدهتر است که سیستم دارد و آگاهانهتر است. مغز که دارای ارتباط بسیار زیاد و بسیار خاص است، Φ بسیار بالا دارد که به معنای سطح بالای خودآگاهی است. IIT تعدادی از مشاهدات را توضیح میدهد، نظیر اینکه چرا مخچه به خودآگاهی و معایب متفاوتی از zap and zip کمک نمیکند. (مقدار اندازه گیری متر یک تقریب بسیار خام از Φ است)
IIT همچنین معتقد است شبیه سازی مغز انسان در کامپیوتر دیجیتال نمیتواند آگاه باشد (حتی وقتی به طرزی صحبت کند که صدایش قابل افتراق از انسان نباشد)
دقیقا مانند شبیهسازی جاذبه گرانشی عظیم یک چاله فضایی که فضازمان اطراف ابزار کامپیوتری کد فیزیک نجومی را دفرمه نمیکند، برنامه نویسی برای خودآگاهی هیچوقت باعث ایجاد یک کامپیوتر خودآگاه را نمیکند.
خودآگاهی نمیتواند محاسبه شود؛ باید در ساختار سیستم ساخته شود. دو چالش پیشرو داریم. اولی استفاده از ابزار خالص در زمینه مشاهده و بررسی ائتلاف نورونهای بسیار هتروژن سازندهی مغز برای مشخص کردن رد نورونی در خودآگاهی. این تلاش دههها زمان خواهد برد. دیگری تصویب یا نهی دو نظریهی موجود فعلی است. اکنون برای ساخت یک نظریه بهتر، ما باید پازل مرکزی وجود خود را توضیح دهیم: چگونه با اندامی به وزن سه پوند زندگی را حس میکنیم؟