[논문 리뷰] Consciousness: Here, There but Not Everywhere

Giulio Tononi, Christof Koch|arXiv (Cornell University)|2014. 05. 27.

Neural dynamics and brain function참고 문헌 25인용 수 11

한 줄 요약

이 논문은 존재, 구성, 정보, 통합, 배제라는 다섯 가지 현상학적 축으로부터 유도된 공리들로부터, 의식을 지닌 물리적 시스템을 결정하는 원칙적인 프레임워크로 통합 정보 이론(IIT)을 제안한다. IIT는 태아기 아기에서 인공지능에 이르기까지 다양한 시스템에서 의식의 정량적 평가를 가능하게 하며, 기능적으로 인간과 동일한 디지털 컴퓨터는 통합 정보가 부족하여 극도로 낮은 의식을 지닌다고 결론내린다.

ABSTRACT

The science of consciousness has made great strides by focusing on the behavioral and neuronal correlates of experience. However, correlates are not enough if we are to understand even basic neurological fact; nor are they of much help in cases where we would like to know if consciousness is present: patients with a few remaining islands of functioning cortex, pre-term infants, non-mammalian species, and machines that are rapidly outperforming people at driving, recognizing faces and objects, and answering difficult questions. To address these issues, we need a theory of consciousness that specifies what experience is and what type of physical systems can have it. Integrated Information Theory (IIT) does so by starting from conscious experience via five phenomenological axioms of existence, composition, information, integration, and exclusion. From these it derives five postulates about the properties required of physical mechanisms to support consciousness. The theory provides a principled account of both the quantity and the quality of an individual experience, and a calculus to evaluate whether or not a particular system of mechanisms is conscious and of what. IIT explains a range of clinical and laboratory findings, makes testable predictions, and extrapolates to unusual conditions. The theory vindicates some panpsychist intuitions -- consciousness is an intrinsic, fundamental property, is graded, is common among biological organisms, and even some very simple systems have some. However, unlike panpsychism, IIT implies that not everything is conscious, for example group of individuals or feed forward networks. In sharp contrast with widespread functionalist beliefs, IIT implies that digital computers, even if their behavior were to be functionally equivalent to ours, and even if they were to run faithful simulations of the human brain, would experience next to nothing.

연구 동기 및 목표

• 기타 사례, 예를 들어 태아기 아기, 뇌 손상 환자, 체외 포유류가 아닌 종, 그리고 인공 시스템에서 의식을 판단하는 데 있어 행동 및 뇌 기반 지표의 한계를 해결하기 위해.
• 시스템이 의식이 있는지 여부뿐 아니라 그 경험의 양과 질까지 특정하는 이론을 개발하기 위해.
• 기능적으로 인간을 모방하지만 통합 정보가 없는 시스템, 예를 들어 디지털 컴퓨터처럼, 의식의 역설을 해결하기 위해.
• 진정으로 의식이 있는 시스템과 단지 의식 행동을 시뮬레이션하는 시스템을 구분할 수 있는 원칙적이고 정량적인 의식 기반을 제공하기 위해.

제안 방법

• 존재, 구성, 정보, 통합, 배제라는 다섯 가지 현상학적 축으로부터 물리적 공리를 도출하기 위해.
• 시스템의 원인-결과 구조의 불가분성에 기반한 의식 측도 Φ(phi)를 정의하기 위해.
• 주어진 물리적 시스템이 원인 구조의 구조적 특성을 분석함으로써 의식을 지지하는지 평가하기 위해 Φ의 미적분을 적용하기 위해.
• 배제 공리를 사용하여 의식 경험의 근원이 되는 최대 불가분 복합체를 식별하기 위해.
• 높은 Φ를 지닌 시스템(의식이 있음)과 낮거나 0인 Φ를 지닌 시스템(의식이 없음), 예를 들어 피드포워드 네트워크나 분리된 그룹을 구분하기 위해.
• 실제 사례, 뇌 손상 환자, 태아기 아기, 인공 시스템에 이론을 적용하여 의식 수준을 예측하기 위해.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 어떤 물리적 시스템이 의식 경험을 지지할 수 있으며, 이를 비의식적 시스템과 구분하는 기준은 무엇인가?
• RQ2 의식 이론이 정량적일 뿐 아니라 정성적일 수 있는가? 경험의 양과 내용에 특정한 값을 부여할 수 있는가?
• RQ3 기능적으로 인간과 동일한 디지털 컴퓨터는 왜 이 이론에 따르면 중요한 의식을 지지하지 못하는가?
• RQ4 최소한의 피질 기능을 가진 환자나 체외 포유류가 아닌 종에서 의식은 어떻게 평가할 수 있는가?
• RQ5 인간의 행동을 시뮬레이션하지만 주관적 경험을 지닌 시스템과 그렇지 않은 시스템의 차이는 무엇인가?

주요 결과

• 통합 정보 이론(IIT)은 통합 정보 수준을 수량화하는 Φ 값을 계산함으로써, 시스템이 의식이 있는지 평가할 수 있는 원칙적인 프레임워크를 제공한다.
• 높은 Φ를 지닌 시스템, 예를 들어 인간의 뇌는 풍부하고 통합된 의식 경험을 지닌 반면, 낮거나 0인 Φ를 지닌 시스템, 예를 들어 피드포워드 네트워크는 의식이 없다.
• 디지털 컴퓨터는 인간의 뇌 기능을 완벽하게 시뮬레이션하더라도, 내재적이고 통합된 인과적 구조가 부족하여 Φ 값이 거의 0에 가까워진다.
• 이 이론은 태아기 아기와 일부 비포유류 종이 제한된 의식을 지닐 수 있으나 비제로의 의식을 지닌다고 예측하며, 이는 발달적 및 행동적 관찰과 일치한다.
• 배제 공리는 오직 최대 불가분 복합체만이 의식 경험의 근원이 되도록 보장하여, 더 크거나 덜 통합된 시스템에 대해 의식을 과다 부여하는 것을 방지한다.
• IIT는 고립된 피질 영역만 존재하는 환자에서 의식이 손상된 임상적 결과를 설명한다. 이 경우 최소한의 Φ만 생성된다.