[論文レビュー] Can we build a conscious machine?

Dorian Aur|arXiv (Cornell University)|Jan 1, 2014

Neuroscience and Neural Engineering参考文献 64被引用数 1

ひとこと要約

本稿では、デジタルコンピュータを用いてホメオスタシスを維持し栄養を供給するハイブリッドシステム内で、生物学的に進化する脳を育成することで意識を持つマシンを構築することを提案している。神経電磁力学の原則を用いて、代替的現実（サブスティチューション・リアリティ）による訓練によって、分子レベルの電気的波干渉を引き起こし、意識体験が出現するための転換点に到達させる。

ABSTRACT

The underlying physiological mechanisms of generating conscious states are still unknown. To make progress on the problem of consciousness, we will need to experimentally design a system that evolves in a similar way our brains do. Recent experimental data show that the multiscale nature of the evolving human brain can be implemented by reprogramming human cells. A hybrid system can be designed to include an evolving brain equipped with digital computers that maintain homeostasis and provide the right amount of nutrients and oxygen for the brain growth. Shaping the structure of the evolving brain will be progressively achieved by controlling spatial organization of various types of cells. Following a specific program, the evolving brain can be trained using substitutional reality to learn and experience live scenes. We already know from neuroelectrodynamics that meaningful information in the brain is electrically (wirelessly) read out and written fast in neurons and synapses at the molecular (protein) level during the generation of action potentials and synaptic activities. Since with training, meaningful information accumulates and is electrically integrated in the brain, one can predict, that this gradual process of training will trigger a tipping point for conscious experience to emerge in the hybrid system.

研究の動機と目的

• デジタルシミュレーションにとどまらない、人工系における意識の生成メカニズムを解明する未解決問題に取り組む。
• 人工ニューラルネットワークではなく、進化するヒト神経組織を用いた生物学的根拠に基づく意識のアプローチを提唱する。
• 生きた進化する脳システムにおける訓練誘発的電気的統合によって、意識体験が出現しうることを示す。
• ハイブリッド生物学的・デジタルシステムにおける意識、知能、神経可塑性のテストフレームワークを確立する。
• 現在のバイオテクノロジーやナノニューロサイエンスを用いて、スケーラブルで実験的に実現可能な、意識を持つマシンの構築への道筋を提供する。

提案手法

• 栄養供給、酸素供給、ホメオスタシスの維持のため、デジタルコンピュータを用いてin vitroで育成されるヒト脳オルガノイドを含むハイブリッドシステムを設計する。
• プログラムされた細胞配置により、神経細胞タイプの空間的配置を制御し、進化する脳の構造を形作る。
• 代替的現実（模擬的感覚環境）を用いて脳を訓練し、生きた光景の体験や学習を誘発する。
• 神経電磁力学を活用し、アクションポテンシャルやシナプス活動中に発生するテラヘルツ周波数の電磁波を用いて、無線で意味のある情報を読み出し・書き込む。
• 分子レベルの電気的波干渉（例：前向き波と後向き波）を活用し、ニューロンおよびシナプスのタンパク質レベルで情報の符号化と統合を実現する。
• 文脈的波干渉を適用し、複数の低振幅波の重ね合わせによって非線形な振動パターンを生成し、神経エングラムの形成をモデル化するとともに、意識状態の出現を支援する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 訓練と電気的統合による意味のある情報の蓄積によって、ハイブリッド生物学的・デジタルシステム内で意識状態が出現しうるか？
• RQ2 再プログラミングされたヒト細胞と制御された細胞配置を用いて、ヒト脳の多スケール的かつ進化的性質をどの程度再現できるか？
• RQ3 アクションポテンシャルやシナプス活動中に発生するテラヘルツ周波数の電磁波が、分子レベルで意味のある情報を符号化・伝送しているとされるか？
• RQ4 訓練を通じて生きた脳システム内で電気的に統合された情報が蓄積され、意識の転換点が引き起こされるか？
• RQ5 人工ニューラルネットワークやデジタルシミュレーションではなく、進化する生物学的神経組織を用いて意識を持つマシンを構築するのは現実可能か？

主な発見

• 本稿は、訓練によって十分な意味のある情報が電気的に統合され、転換点に達した段階で、ハイブリッドシステム内に意識体験が出現しうると主張している。
• 神経電磁力学は、アクションポテンシャルやシナプス活動中に、分子（タンパク質）レベルで情報が符号化され、読み出され、伝送されることを示している。
• 神経イベント中に発生する分子振動およびテラヘルツ波が、意味のある情報を運ぶとされ、波干渉がエングラム形成の鍵的役割を果たす。
• 本システムの設計は文脈的波干渉に依存しており、複数の低振幅波の重ね合わせによって非線形な振動が生成され、情報が符号化される。
• 著者らは、現在のデジタル脳シミュレーションプロジェクトが、神経の複雑さの過小評価と生物学的ダイナミクスの欠如のため、成功する可能性が低いと主張する。
• 神経細胞、センサー、インターフェース、コンピュータの最小限の構成要素からプロジェクトを開始でき、分野横断的協力を通じてスケーリングが可能である。