Теория глобального рабочего пространства сознания

Введение

Модель сознания

Глобальная теория рабочего пространства (GWT) – это концепция, предложенная когнитивными учеными Бернардом Барсом и Стэном Франклином в конце 1980-х годов, служащая основой для понимания сознания. Она была разработана для объяснения большого количества пар сознательных и бессознательных процессов, демонстрирующих сходные характеристики. GWT оказала значительное влияние на моделирование сознания и когнитивных процессов высшего порядка, рассматриваемых как результат конкуренции и интегрированного обмена информацией между широким спектром параллельных нейронных процессов. GWT проводит аналогию между разумом и театром, где сознательная мысль предстает как содержание, освещенное на главной сцене. Мозг содержит множество специализированных процессов или модулей, работающих параллельно, большая часть которых протекает бессознательно. Внимание действует как прожектор, выделяя часть этой бессознательной активности и перенося ее в сферу сознательного осознания – глобальное рабочее пространство. Глобальное рабочее пространство представляет собой функциональный центр для трансляции и интеграции информации, обеспечивающий ее распространение между модулями. Таким образом, ее можно отнести к функционалистским теориям сознания. Когда сенсорные данные, воспоминания или внутренние представления привлекают внимание, они становятся частью глобального рабочего пространства и могут быть обработаны различными процессами. В процессе конкуренции за внимание побеждают те элементы, которые получают доступ к глобальному рабочему пространству, позволяя их информации распространяться и координироваться во всей когнитивной системе. GWT перекликается с концепцией рабочей памяти и предполагается, что она соответствует ‘моментально активному, субъективно переживаемому’ событию в рабочей памяти. Она облегчает нисходящий контроль внимания, рабочей памяти, планирования и решения проблем посредством обмена информацией. В ‘театре сознания’ ‘прожектор избирательного внимания’ высвечивает определенную область на сцене, раскрывая содержание сознания. За кулисами, в темноте, находятся режиссер (исполнительные процессы), техники, сценаристы, художники-постановщики и другие. Они формируют видимую активность в освещенной области, но сами остаются невидимыми. Несмотря на то, что некоторые аспекты GWT вызывают споры, она остается в центре современных исследований, включая нейробиологические интерпретации и вычислительные симуляции. Она служит центральным узлом для обмена информацией, а не местом расположения самого познания, обеспечивая взаимодействие различных специализированных сетей мозга и поддерживая интегрированные и адаптивные реакции. Бернард Барс вдохновлялся теорией, рассматривая ее как когнитивный аналог системы ‘доски’ в ранних архитектурах систем искусственного интеллекта, где независимые программы обменивались информацией. Глобальная теория рабочего пространства является одной из ведущих теорий сознания.

Global workspace theory (GWT) is a framework for thinking about consciousness proposed by cognitive scientists Bernard Baars and Stan Franklin in the late 1980s. It was developed to qualitatively account for a large set of matched pairs of conscious and unconscious processes. GWT has been influential in modeling consciousness and higher order cognition as emerging from competition and integrated flows of information across widespread, parallel neural processes. GWT analogizes the mind to a theater, with conscious thought being like material illuminated on the main stage. The brain contains many specialized processes or modules that operate in parallel, much of which is unconscious. Attention acts as a spotlight, bringing some of this unconscious activity into conscious awareness on the global workspace. The global workspace is a functional hub of broadcast and integration that allows information to be disseminated across modules. As such it can be classified as a functionalist theory of consciousness. When sensory input, memories, or internal representations are given attention, they become part of the global workspace and can then be operated on by a variety of processes. As elements compete for attention, the ones that win are granted entry to the global workspace, allowing their information to be distributed and coordinated across the whole cognitive system. GWT resembles the concept of working memory and is proposed to correspond to a 'momentarily active, subjectively experienced' event in working memory. It facilitates top down control of attention, working memory, planning, and problem solving through this information sharing. In the 'theater of consciousness', a 'spotlight of selective attention' shines a bright spot on stage, revealing the contents of consciousness. Behind the scenes, in the dark, are the director (executive processes), stagehands, scriptwriters, scene designers, and the like. They shape the visible activities in the bright spot but are themselves invisible. While aspects of GWT are matters of debate, it remains a focus of current research, including brain interpretations and computational simulations. It serves as a central information exchange, rather than a locus of cognition itself, enabling different specialized brain networks to interact and supporting integrated and adaptive responses. Bernard Baars derived inspiration for the theory as the cognitive analog of the blackboard system of early artificial intelligence system architectures, where independent programs shared information. Global Workspace Theory is one of the leading theories of consciousness.

Модель

GWT включает в себя кратковременную память, длящаяся всего несколько секунд (значительно меньше, чем 10–30 секунд классической рабочей памяти). Предполагается, что содержание ГВТ соответствует тому, что мы осознаём, и транслируется множеству бессознательных когнитивных процессов мозга, которые можно назвать принимающими процессами. Другие бессознательные процессы, функционирующие параллельно с ограниченной коммуникацией между ними, могут формировать коалиции, способные выступать в качестве входных процессов в глобальное рабочее пространство. Поскольку глобально транслируемые сообщения могут вызывать реакции в принимающих процессах по всему мозгу, глобальное рабочее пространство может использоваться для осуществления исполнительного контроля и выполнения произвольных действий. Отдельные процессы, а также их объединения, конкурируют за доступ к глобальному рабочему пространству, стремясь распространить свои сообщения на все остальные процессы, чтобы привлечь больше сторонников и тем самым повысить вероятность достижения своих целей. Входящие стимулы необходимо временно сохранять, чтобы они могли конкурировать за внимание и осознанный доступ. Куйдер и Дехен предсказали существование буфера сенсорной памяти, который удерживает стимулы в течение «нескольких сотен миллисекунд». Барс (1997) предполагает, что глобальное рабочее пространство «тесно связано с сознательным опытом, хотя и не тождественно ему». Сознательные события могут включать дополнительные необходимые условия, такие как взаимодействие с системой «Я» и исполнительным интерпретатором в мозге, что было предложено рядом авторов, включая Майкла С. Газзанигу. Тем не менее, ГВТ успешно моделирует ряд характеристик сознания, таких как его роль в обработке новых ситуаций, ограниченная ёмкость, последовательный характер и способность запускать широкий спектр бессознательных процессов мозга. Более того, ГВТ хорошо поддается вычислительному моделированию. Модель IDA Стэна Франклина является одной из таких вычислительных реализаций ГВТ. См. также Dehaene et al. (2003), Shanahan (2006) и Bao (2020). ГВТ также определяет контекстные системы, работающие «за кулисами», которые формируют сознательное содержание, не становясь при этом осознанными, например, дорсальный кортикальный поток зрительной системы. Этот архитектурный подход приводит к конкретным нейронным гипотезам. Сенсорные события в разных модальностях могут конкурировать друг с другом за осознание, если их содержание несовместимо. Например, аудио- и видеодорожки фильма будут конкурировать, а не сливаться, если они рассинхронизированы более чем на 100 мс, приблизительно. Временной интервал в 100 мс тесно соответствует известной физиологии мозга, связанной с сознанием, включая мозговые ритмы в альфа-, тета- и гамма-диапазонах, а также вызванные событиями потенциалы в диапазоне 200–300 мс. Однако большая часть этих исследований основана на изучении бессознательного прайминга, и недавние исследования показывают, что многие методы, используемые для бессознательного прайминга, имеют недостатки.

GWT involves a fleeting memory with a duration of a few seconds (much shorter than the 10–30 seconds of classical working memory). GWT contents are proposed to correspond to what we are conscious of, and are broadcast to a multitude of unconscious cognitive brain processes, which may be called receiving processes. Other unconscious processes, operating in parallel with limited communication between them, can form coalitions which can act as input processes to the global workspace. Since globally broadcast messages can evoke actions in receiving processes throughout the brain, the global workspace may be used to exercise executive control to perform voluntary actions. Individual as well as allied processes compete for access to the global workspace, striving to disseminate their messages to all other processes in an effort to recruit more cohorts and thereby increase the likelihood of achieving their goals. Incoming stimuli need to be stored temporarily in order to be able to compete for attention and conscious access. Kouider and Dehaene predicted the existence of a sensory memory buffer that maintains stimuli for "a few hundreds of milliseconds." Baars (1997) suggests that the global workspace "is closely related to conscious experience, though not identical to it." Conscious events may involve more necessary conditions, such as interacting with a "self" system, and an executive interpreter in the brain, such as has been suggested by a number of authors including Michael S. Gazzaniga. Nevertheless, GWT can successfully model a number of characteristics of consciousness, such as its role in handling novel situations, its limited capacity, its sequential nature, and its ability to trigger a vast range of unconscious brain processes. Moreover, GWT lends itself well to computational modeling. Stan Franklin's IDA model is one such computational implementation of GWT. See also Dehaene et al. (2003), Shanahan (2006) and Bao (2020). GWT also specifies "behind the scenes" contextual systems, which shape conscious contents without ever becoming conscious, such as the dorsal cortical stream of the visual system. This architectural approach leads to specific neural hypotheses. Sensory events in different modalities may compete with each other for consciousness if their contents are incompatible. For example, the audio and video track of a movie will compete rather than fuse if the two tracks are out of sync by more than 100 ms., approximately. The 100 ms time domain corresponds closely with the known brain physiology of consciousness, including brain rhythms in the alpha theta gamma domain, and event related potentials in the 200–300 ms domain. However, much of this research is based on studies of unconscious priming and recent studies show that many of the methods used for unconscious priming are flawed.

Глобальное нейронное рабочее пространство

Станислав Дехен расширил концепцию глобального рабочего пространства, представив "нейронный лавинообразный процесс", демонстрирующий, как сенсорная информация отбирается для трансляции по всей коре головного мозга. Многие области мозга – префронтальная кора, передняя височная доля, нижняя теменная доля и прекуней – посылают и получают многочисленные проекции в различные отдаленные области мозга, что позволяет нейронам интегрировать информацию в пространстве и времени. Таким образом, несколько сенсорных модулей могут объединяться в единую согласованную интерпретацию, например, "проносящаяся мимо красная спортивная машина". Эта глобальная интерпретация транслируется обратно в глобальное рабочее пространство, создавая условия для возникновения единого состояния сознания, одновременно дифференцированного и интегрированного. В качестве альтернативы, теория практопоэза предполагает, что глобальное рабочее пространство в мозге достигается прежде всего благодаря быстрым адаптивным механизмам нервных клеток. Согласно этой теории, сама структура связей не имеет решающего значения. Важнее то, что нейроны способны быстро адаптироваться к сенсорному контексту, в котором они функционируют. Примечательно, что для реализации глобального рабочего пространства эта теория постулирует способность этих быстрых адаптивных механизмов обучаться, когда и как адаптироваться.

Критика

Дж. В. Далтон критиковал теорию глобального рабочего пространства, утверждая, что она, в лучшем случае, описывает когнитивную функцию сознания, но даже не затрагивает более глубокий вопрос о его природе – что такое сознание, и каким образом вообще какой-либо психический процесс может быть сознательным: так называемую «трудную проблему сознания». Однако А. К. Элицур возражал, что "хотя эта гипотеза и не решает «трудную проблему», а именно саму природу сознания, она ограничивает любые теории, пытающиеся это сделать, и предоставляет важные сведения об отношении между сознанием и познанием", в той же мере, в какой любые теории сознания ограничены естественными ограничениями восприятия мозга. Новые исследования Ричарда Робинсона демонстрируют перспективу в установлении мозговых функций, вовлеченных в данную модель, и могут помочь пролить свет на то, как мы понимаем знаки или символы и соотносим их с нашими семиотическими регистрами.