意識理論家たちの5年間にわたる「敵対的協力」により、聴衆の前でのたどたどしい対決が実現した。勝者はいませんでしたが、それでも進歩を遂げることはできます。
はじめに
科学は日常的に理論を提唱し、それをデータで叩きつけて、唯一の理論が残るまで続けています。意識の発展したばかりの科学では、有力な理論はまだ現れていません。 20 件以上が今でも真剣に受け止められています。
データが欲しいからではありません。 DNAの二重らせんの共同発見者であるフランシス・クリックが30年以上前に意識を研究テーマとして正当化して以来、研究者たちはさまざまな先進技術を利用して被験者の脳を調査し、意識を反映している可能性のある神経活動の兆候を追跡してきました。その結果として生じたデータの雪崩により、少なくとも薄っぺらな理論は今頃平坦化されているはずです。
5年前、テンプルトン世界慈善財団は、期限が過ぎた選り分けを開始するよう説得するために、一連の「敵対的な協力」を開始した。この 6 月には、グローバル ニューロン ワークスペース理論 (GNWT) と統合情報理論 (IIT) という 2 つの注目を集める理論を互いに争わせる、これらのコラボレーションの最初の結果が発表されました。どちらも完全な勝者にはなりませんでした。
ニューヨーク市で開催された意識科学研究協会（ASSC）の第26回会合でスポーツイベントの結果のように発表されたこの結果は、クリックの長年の協力者であるアレン脳科学研究所の神経科学者クリストフ・コッホと、「困難な問題」という仮定に異議を唱えるために「困難な問題」という用語を作ったニューヨーク大学の哲学者デイビッド・チャーマーズとの間の25年にわたる賭けを決着させるためにも使用された。脳の回路を分析することで、主観的な意識の感覚を説明できます。
ニューヨーク大学のスカーボール センターのステージでは、ロック音楽の間奏、意識に関するラップ パフォーマンス、結果のプレゼンテーションの後、神経科学者は哲学者に賭けを認めました。意識の神経相関はまだ突き止められていなかったということです。
それにもかかわらず、コッホ氏は「これは科学の勝利だ」と宣言しました。
しかし、そうでしたか？このイベントはさまざまな評価を受けました。研究者の中には、2 つの理論の違いを有意義に検証できていないことを指摘する人もいます。また、大規模で斬新で巧みに実行されたデータセットを提供することと、他の参加者に敵対的な協力を促すことによって、意識科学を前進させるプロジェクトの成功を強調するものもあります。
意識の相関関係
クリックとコッホが 1990 年に画期的な論文「意識の神経生物学的理論に向けて」を発表したとき、彼らの目的は、2,000 年にわたり哲学者の踏み台であった意識を科学的な基盤の上に置くことでした。彼らは、意識全体が出発点として機能するには広すぎて物議を醸す概念であると主張しました。
代わりに、彼らは科学的に扱いやすい側面、つまり、たとえば赤色を見ることを意識することを含む視覚認識に焦点を当てました。科学的な目標は、その経験と相関する回路、または彼らの言葉を借りれば「意識の神経相関」を見つけることでした。
視覚認識の最初の段階を解読することは、すでに科学の肥沃な土壌であることが証明されていました。網膜に当たる光のパターンは、脳の奥にある視覚野に信号を送ります。そこでは、12 を超える異なるニューラル モジュールが、画像内のエッジ、色、動きに対応する信号を処理します。それらの出力が組み合わされて、私たちが意識的に見ているものの最終的な動的な画像が構築されます。
クリックとコッホにとって視覚の有用性を決定づけたのは、その連鎖の最後のリンクである意識を残りの部分から切り離すことができるということでした。 1970年代以来、神経科学者は、脳の損傷により視覚経験がないにもかかわらず、障害物にぶつからずに部屋を移動できる「盲視」の人たちのことを知っていました。彼らは画像を処理する能力を保持していますが、それを意識する能力を失っています。
私たちは皆、この断絶の一形態を経験する可能性があります。花瓶または横顔の 2 つの顔のように知覚できるよく知られた錯視を考えてみましょう。いかなる瞬間においても、私たちはそれをどちらか一方としてしか見ることができません。私たちの脳が認識を処理する方法に何らかの問題があり、両方を同時に意識することができません。
実験心理学者は、両眼視野闘争の現象を通じてその癖を利用することができます。私たちの脳は通常、左右の目から受け取るわずかに異なる重なり合う画像を問題なく組み合わせることができます。しかし、イメージが非常に異なっている場合、融合するのではなく、それらはライバルになります。最初に一方のイメージが私たちの認識を支配し、次にもう一方のイメージが支配します。マックス・プランク生物サイバネティックス研究所の神経科学者ニコス・ロゴテティスが1996年に両眼闘争について説明したとき、クリックは非常に興奮し、20世紀末までに意識の神経相関が見つかるだろうと宣言した。 (同様の熱意が、コッホとチャーマーズの賭けにつながりました。)
過去 20 年間にわたり、ますます洗練された脳スキャナーが、意識の研究中に被験者の知覚が操作される様子を監視してきました。データの滴りはカスケードになりましたが、意識の理論は洗い流されるのではなく、増殖してきました。
これらの多くの理論の大まかな分類は、GNWT のような理論の中には、私たちが「考える」認知を可能にする脳の部分の参加を必要とするものがある一方で、IIT やその他の理論は、神経相関は、私たちが「感じる」知覚に関与する脳の領域に依存すると主張していることです。この考え方は、「脳の前部」理論と「脳の後部」理論として何気なく説明されることがよくあります（ただし、実際の解剖学的区別はそれよりも明確ではありません）。この興味深い分岐点は、意識とはデカルトの「我思う、故に我あり」のように考えることを指すのか、それとも瞑想中のヨーギが経験する状態のように「考えない」ことを指すのかという古い哲学的見解の相違を反映しています。
メリル・シャーマン/クアンタ・ マガジン
GNWT の主任設計者であるコレージュ・ド・フランスの神経科学者スタニスラス・デハーネ氏にとって、思考は意識状態の中核部分です。 IIT について彼は私にこう言いました、「それは私たちの理論の大きな違いです。私は浄化された意識など信じていません。」
GNWT は、私たちが常に無意識に処理している情報のごく一部が選択され、ボトルネックを通過して意識的な「ワークスペース」に入る、と主張しています。そこで情報は統合され、他の脳領域にブロードキャストされ、意思決定と学習に世界中で利用できるようになります。 「『ワークスペース』は機能のために存在します」とデハエン氏は言う。意思決定と学習は前頭前野の責任であるため、脳の前部は意識にとって重要であると考えられています。
このアイデアの根源は、現在心脳科学協会に所属する心理学者バーナード・バールズによって 1988 年に提案されたもので、彼は独立したプログラムが情報を共有する初期の人工知能システム アーキテクチャの「黒板」に類似していると考えました。その後、デハエン氏はその概念テンプレートを最先端の神経科学の発見と結び付け、計算モデルを使用して GNWT を開発しました。
IIT は AI アーキテクチャと何の類似点もありません。ウィスコンシン大学マディソン校の神経科学者であり精神科医であるジュリオ・トノーニは、意識に関する 5 つの公理から始めて理論を発展させました。その構成は構造化されています。情報が豊富です。それはコンポーネントに還元されるのではなく、統合されます。そしてそれは他の経験を排除します。次に、彼はそれらの公理に適合する数学的記述を開発しました。トノーニや他の IIT 理論家にとって、これらの数学的記述子と最も一致する神経構造は、感覚領域に関連付けられた格子状のアーキテクチャであり、彼らはそれを「ホット ゾーン」と呼んでいます。
しかし、GNWT と IIT は、意識の重要な要素を脳の両極に位置させる理論のうちの 2 つにすぎません。他にも、いくつかの高次理論（HOT）や能動的推論理論を含む認知的な脳の前部の概念や、密接に関連する一次理論やローカリスト理論などのさまざまな感覚的な脳の後部の概念があります。
生きた脳からのデータに対して予測をテストすることでそれらの一部を排除することは、それ自体が単純であるように思えるかもしれません。残念ながら、それは真実ではありませんでした。
探しているものを見つける
研究者たちは何年にもわたって、被験者の注意をそらすために心理的トリックや錯覚を使用しながら、被験者が物体を意識したときに報告するという巧妙な実験を考案しました。これらの結果は、意識的な知覚の瞬間が前頭前皮質の活動と相関しており、GNWT やその他の脳の前部の説明のようなものを支持していることを示しています。しかし、哲学者や実験者は、これらの研究は意識そのものではなく、報告というタスクに関連する神経活動を測定している可能性があると不満を言い始めました。
したがって、回避策として「報告なし」パラダイムが開発されました。人気のあるものは、両眼視野闘争を伴うものでした。被験者の左目には左に動く顔が、右目には右に動く家が映ると、被験者の意識的な認識は 2 つの画像の間で反転します。研究者は、目がどの方向に動いているかを追跡することで、レポートなしで知覚された画像を識別できます。当時のデータは、これらの報告なしパラダイムでは、意識的な知覚の信号が脳の後方に局在していることを示唆していました。
しかし、理論家が実験やデータによって説得されることはほとんどありませんでした。 2016年のレビューで、IIT陣営は報告書に基づく実験は方法論的に欠陥があるとして却下した。議論は2017 年にも続き、ジャーナル・オブ・ ニューロサイエンス（Journal of Neuroscience）に決闘記事が掲載されました。 その中の 1 つで、現在日本の理化学研究所脳科学センターに勤務している Hakwan Lau とその同僚は、無報告パラダイム自体が交絡変数に満ちているという反撃を示しました。
さらに複雑なのは、実験結果が使用された脳記録技術の種類に依存することでした。それぞれのテクノロジーが脳に異なるレンズを提供しているため、これは驚くべきことではありません。たとえば、機能的磁気共鳴画像法 (fMRI) は血流を追跡し、優れた空間分解能を提供しますが、速度が遅すぎてニューロン間のおしゃべりのペースに追いつくことができません。一方、脳磁図 (MEG) は脳のおしゃべりを追跡しますが、空間分解能は劣ります。また、研究者が脳の特定の場所で信号強度を測定しているのか、それともより広い領域にわたるパターンを分析しているのかによっても違いが生じます。
その結果、意識の相関関係を研究するために収集された豊富な実験データにもかかわらず、その不確実性により、理論家がそのデータが彼らの好ましい説明を裏付けると主張する余地が与えられたということでした。
テルアビブ大学の神経科学者リアド・ムドリック氏は、問題の一部は研究の設計方法（そして多くの場合、今後も設計され続ける）にあると考えている。彼女の博士課程の学生である Itay Yaron による最近の調査では、公表された 400 以上の意識実験を調査し、結果について何も知らなくても、実験の計画のみに基づいてどの理論が支持されるかを予測することがほぼ可能であることがわかりました。
敵対的なコラボレーション
5年前、テンプルトン世界慈善財団の特別プログラム部門の責任者であるダウィド・ポギーター氏は、意識についてまだ非常に多くの実行可能な理論があることに驚いた。彼は、それについて何かをする時期が来たと感じました。
コッホは、物理学における論争を決着させるために時々利用されていた直接対決のコンテストを提案した。心理学にも先例がありました。 1980年代、プリンストン大学の心理学研究者ダン・カーネマンは、反対の見解を持つ科学者が共同で実験を開発する演習を表すために「敵対的コラボレーション」という用語を作りました。協力することで、研究の結論を損なう可能性のある目標や方法論に関する意見の相違を和らげることができます。 (カーネマンは、心理学者の同僚であり妻であるアン・トライズマンとの理論上の確執を解決する際に、このアプローチを思いつきました。)
ポトギーターは挑戦することに熱心だった。 2018年3月、彼とコッホはシアトルのアレン研究所で14人の参加者を対象とした週末ワークショップを主催した。そこには、デハエン、トノニ、HOTsを擁護するラウの3人の理論家のほか、チャルマーズと他の2人の哲学者、4人の心理学者、2人の神経科学者、神経科医、そしてテンプルトン財団の代表としてポギーターが含まれていた。彼らの任務は、過去のすべてのしわを修正し、理論を明確に区別するための新しい実験を協力して設計することでした。
心理学者のうちの3人、マックス・プランク研究所のムドリック、ルシア・メローニ、ポートランドのリード大学のマイケル・ピッツは、すでに意識理論に挑戦してきた歴史を持っている。 「ある時点で、ジュリオが『あなたたち3人でプロジェクトを主導してみませんか？』と提案したと思います」とピッツ氏は振り返る。 「私たちは自分たちが何に巻き込まれているのか全く分かりませんでした。それは私たちの命を消耗させました。」
次の9か月間にわたって議論が続けられました。理論家たちは理論を掘り下げて新しい予測を提供しました。これは、共同研究による新たな貢献の 1 つです。ムドリクは敵対者の交渉意欲に感銘を受けた。 「これにはとても勇気が必要です。自分の首を危険にさらしているのです」と彼女は言いました。
研究チームは、IIT と GNWT の予測を解くための 2 つの実験計画を考案しました。彼らは、GNWT と HOT を解きほぐすほど異なる予測を思い付くことはありませんでした。そのため、HOT は、ラウと、一次理論を擁護するニューヨーク大学の哲学者ネッド ブロックが関与する別の敵対的な共同作業に残されました。
Tononi 氏は、最初の GNWT 対 IIT 実験のデザインに特に熱心でした。過去の実験では課題によってそのようなしわが生じていたため、課題を変化させてそれが意識的な認識にどのような影響を与えるかを確認することで問題を修正することになります。
被験者には、顔、時計、さまざまなフォントのアルファベットの文字など、さまざまな一連の画像が提示されます。彼らは各画像を 0.5 ～ 1.5 秒間見ることになります。各シリーズの開始時に、2 つの特定の画像 (たとえば、女性の顔とビンテージ時計) がターゲットとして定義され、参加者には、そのいずれかを見た場合にボタンを押すという報告タスクが与えられました。したがって、画像内の他の顔や物体はタスクに関連しますが (ターゲットと同じカテゴリに分類されるため)、レポートは必要ありませんでした。アルファベット文字や意味のない記号など、シリーズ内の他の種類の画像はタスクとは無関係です。テストは一連の異なるターゲットで繰り返し実行され、刺激の各セットがタスクに関連するものとタスクに無関係であるものとしてテストできるようになりました。最先端の脳信号デコーダーは、神経発火パターンと被験者が見ているものを相関させます。
GNWT は、タスクが関与しているかどうかに関係なく、物体の意識的な認識に対応する脳のパターンは類似していると予測しました。脳デコーダは、タスクに関係なく、ターゲット画像に関連付けられた独特の信号を識別できなければなりません。さらに、脳の作業領域に入る新しい意識的知覚の「発火信号」と、それを消去する「オフ信号」を検出できるはずです。
一方、IITは、課題の実行には前頭前皮質が関与するが、課題から剥奪された知覚には変化しないため、脳の意識パターンは課題によって異なるだろうと予測した。この「純粋な」意識形態には、脳の後部にある感覚のホットゾーンのみが必要です。画像を意識するための信号の接続性と持続時間は、視覚刺激の持続時間と一致します。
デハエン博士は、脳パターンの包括的な解読も含まれる 2 番目の実験を支持しました。被験者は、気を散らすテトリスのようなビデオ ゲームをプレイしている間、画面上でフラッシュされる顔や物体にランダムにさらされます。画像が表示された直後にゲームが停止し、被験者はそれを見たかどうか尋ねられます。デハエン氏は、このデザインが意識と無意識の精神状態の間のより明確なコントラストを提供するため、このデザインを好みました。これは、意識の相関関係に関する明確なデータを取得するために不可欠であると考えたからです。
カーネマンは敵対的コラボレーションに精通していたため、3 人のプロジェクト リーダーを指導しました。しかし、彼の経験では、敵対者は協力の結果を見ても考えを変えることはない、とも警告した。むしろ、不都合な結果に直面したとき、矛盾する新しいデータに対処する方法を発明するため、「彼らの IQ は 15 ポイント跳ね上がる」と彼は言いました。
敗者なしのさまざまな結果
研究者らは、ワークショップチームが提案した実験の実行に着手した。 Tononi 氏が最も気に入った GNWT 対 IIT の実験は、さまざまなレベルのタスクでテストされ、最初に終了しました。これは、fMRI、MEG、頭蓋内脳波検査を使用して 2 つの異なる研究室で実施されました。合計で、理論に中立な 6 つの研究室と 250 人の被験者が参加しました。
6月23日の夜、その実験の結果を知るために興奮した聴衆がニューヨーク大学に集まりました。巨大なスクリーンに大きく書かれた結果は、あたかも研究者たちが 3 種類のハードルを備えた障害競走について報告しているかのように、赤と緑のハイライトでマークされたグラフに表示されました。
最初のハードルは、提示された画像で被験者が見た物体のカテゴリを各理論がどの程度うまく解読できるかをチェックしました。ここでは両方の理論がうまく機能しましたが、オブジェクトの方向を特定する点では IIT の方が優れていました。
2 番目のハードルでは信号のタイミングがテストされました。 IITは、意識状態が続いている間、ホットゾーンで継続的な同期発火が起こると予測した。信号は維持されていますが、同期は維持されませんでした。 GNWT は、ワークスペースの「発火」に続いて、刺激が消えたときに 2 回目のスパイクが起こると予測しました。最初のスパイクのみが検出されました。ニューヨーク大学の視聴者向けの画面上の採点では、IIT がリードしました。
3 番目のハードルは、脳全体の全体的な接続に関するものでした。ここで GNWT のスコアが IIT よりも高かったのは、ホット ゾーン全体の信号が同期していなかった一方で、結果の一部の分析が GNWT の予測を裏付けていたことが主な理由です。
両方の理論は結果によって異議を唱えられました。しかし、イベントのスクリーン上の最終集計では、IIT が GNWT よりも多くの緑のハイライトを獲得し、聴衆はあたかも勝者が栄冠を獲得したかのように反応しました。 IIT の支持者であるウィスコンシン大学マディソン校のメラニー ボリーは、この結果に十分に元気づけられ、ステージ上で次のように宣言しました。「この結果は、意識には後部皮質領域で十分であり、[前頭前野] の関与も世界規模のブロードキャストも必要ないという IIT の主張を全体的に裏付けています。」
デハエネはステージに上がったときも負けを認めなかった。 「私はダン・カーネマンのアドバイスに従うことにしました」と彼は冗談めかして言った。彼は、「この実験で最も興味深いのは、課題と無関係な刺激だった」ため、満足していると公言しました。問題は、それらが前頭脳における意識的な知覚の発火を示すかどうかでした。 「答えはイエスです！」彼は言いました。
その後、Dehaene は私に、IIT のハードルは彼の理論のハードルよりも低く設定されていると提案しました。 「[IIT] の複雑な数学的核心に対する実際のテストはありませんでした」と彼は言いました。そして、ブロック氏がその夜の発言で述べたように、脳裏理論が支持されたという発見は、IIT を特に支持するものではありません。
IIT が獲得したグリーンマークの数がわずかに多かったにもかかわらず、プロジェクトリーダー自身は、勝者はいなかったと断固として主張しています。 「これらの結果は、IIT と GNWT のいくつかの予測を裏付けるものですが、両方の理論に実質的に疑問を投げかけます」と彼らは、biorxiv.org プレプリント サーバーに投稿された結果を説明する論文に書いています。
カーネマン氏の予測どおり、敵対者は矛盾を説明した。ボリー氏は、ホットゾーンで持続的な同期を検出できないのは「サンプリングの限界が原因である可能性がある」と主張した。デハエン氏は、被験者が意識をさまよわせたため、「オフ」信号が検出されなかったのではないかと考えた。 「私の主張は、意識が刺激から切り離されたということです」と彼は言いました。
ボリーとデハエンは現在、テトリスに似たゲームによる気晴らしを伴う 2 番目の実験の結果を待っています。これらの結果は来年までわかりません。
進歩のペース
それで科学は進歩したのでしょうか？誰もがそう思っているわけではありません。
メルボルン大学の心理学者でASSCの元会長であるオリビア・カーターのような一部の研究者は、2つの理論は、予測を有意義に比較するにはあまりにもかけ離れていると考えている。 「私の個人的な感覚では、彼らはまったく異なることをテストしていると思います」と彼女は言いました。 「IIT は驚異的なコンテンツに重点を置いており、GNWT は作業記憶と注意力にさらに関心を持っています。」
その評価は妥当なものと思われる。しかし、そもそも敵対的協力の明白な目的が好意的な比較だったことを考えると、これはイライラすることでもあります。それが科学の勝利であれば、それは資格のある勝利のように思えます。
テンプルトンが資金提供する別の敵対的協力に参加しているモナシュ大学の哲学者ジェイコブ・ホーウィ氏は、異なる見方をしている。 「これは科学哲学にも当てはまります」と彼は言う。同氏は、意識の定義、意識が思考に近いのか感情に近いのか、さらには自己申告の結果が本当にデータを混同しているかどうかなど、基本的な事項をめぐってこの分野が依然として意見が分かれていると指摘する。 Hohwy にとって、この種の協力的な取り組みは前進するための方法です。 「まさにこの種の敵対的な協力を進めていくうちに分かることになるだろう」と彼は言った。
カリフォルニア大学アーバイン校の計算神経科学者ミーガン・ピーターズ氏のような他の研究者は、この結果を複数の候補者がいる分野ではなく、GNWTとIITの間の二頭立てのレースとして報じたメディア報道に激怒した。ピーターズ氏は、勝者と敗者に焦点を当てるのではなく、実験のそれぞれのハードルから学ぶことで科学が進歩することを確認することが重要だと述べた。 (しかし、その夜の議事に出席したので、このイベントがスポーツイベントに似せて準備されたことを証明できます。)
それでも、ピーターズは敵対的なコラボレーションのファンであり続けています。新型コロナウイルス感染症によるロックダウン中に、彼女はテンプルトンのプロセスに触発され、認知計算神経科学カンファレンスが主催する一連のワークショップの開催を支援しました。これらの「生成的敵対的コラボレーション」では、研究者たちは熱心な議論を交わしました。 「チームが何かを噛み砕いているのを見るのは勉強になりました」と彼女は言いました。
意識に関する最初の敵対的共同作業は、現場からいかなる理論も選び出すことに成功しなかったかもしれない。しかし、理論家はより具体的な予測をすることを余儀なくされ、実験家は新しい手法を考案するようになりました。サセックス大学の神経科学者アニル・セス氏は、6月のイベント後の解説で「共同研究の成果は依然として非常に価値がある」と書いている。 「彼らは、新たな制約と新たな説明対象を提供することで、IIT と [GNWT] の両方、そして他の意識理論の開発を推進するでしょう。」
メローニ氏にとって、敵対者の考えが変わっていないという事実は、このプロセスの価値を損なうものではない。 「カーネマン氏が言うように、人々は考えを変えませんが、課題への反応の仕方によって理論が進歩したり退化したりするのです」と彼女は言う。 「後者の場合、時間の経過とともに理論は「消滅」し、科学者はそれを放棄します。」
2023 年 8 月 24 日に修正を追加:
ワークショップから生じた敵対的協力を説明する欠落していた段落 (HOT および一次理論のテストを含む) が復元されました。また、敵対的コラボレーションが IIT に対して GNWT をテストするために開発した実験の説明の詳細の一部が明らかにされました。
