[논문 리뷰] Is Consciousness Computable? Quantifying Integrated Information Using Algorithmic Information Theory

Phil Maguire, Philippe Moser외 2명|arXiv (Cornell University)|2014. 05. 01.

Neural dynamics and brain function참고 문헌 13인용 수 3

한 줄 요약

이 논문은 통일된 의식이 정보의 손실 없는 통합을 필요로 하며, 이는 알고리즘적 정보 이론을 통해 형식화되며, 그러한 통합이 비계산 함수를 필요로 한다고 주장한다. 핵심 기여는 의식이 진정으로 통합되고 손실이 없을 경우, 이를 계산적으로 모델링할 수 없다는 이론적 증명이다.

ABSTRACT

In this article we review Tononi's (2008) theory of consciousness as integrated information. We argue that previous formalizations of integrated information (e.g. Griffith, 2014) depend on information loss. Since lossy integration would necessitate continuous damage to existing memories, we propose it is more natural to frame consciousness as a lossless integrative process and provide a formalization of this idea using algorithmic information theory. We prove that complete lossless integration requires noncomputable functions. This result implies that if unitary consciousness exists, it cannot be modelled computationally.

연구 동기 및 목표

• 기존의 통합 정보 형식화에서 발생하는 이론적 공백을 해결하기 위해, 정보 손실에 의존함으로써 기억의 열화를 암시하는 바탕을 제거한다.
• 정보 압축이나 손실을 포함하는 것보다는, 손실 없는 통합 과정으로서 의식을 재정의한다.
• 알고리즘적 정보 이론을 사용하여 그러한 손실 없는 통합이 계산적으로 모델링될 수 있는지 탐구한다.
• 통합된 정보 기반의 의식 모델링의 계산적 한계를 규명한다.
• 손실 없는 통합이 비계산 함수를 필요로 한다는 것을 증명함으로써, 의식의 계산 모델링의 실현 가능성에 도전한다.

제안 방법

• 기존의 정보 손실에 의존하는 접근 방식을 기각하고, 손실 없는 과정으로 통합 정보를 재형식화한다.
• 알고리즘적 정보 이론(AIT)을 적용하여 통합 정보의 불가분적 복잡성을 정량화한다.
• 알고리즘 상호정보를 사용하여 시스템의 정보 처리에서 통합 정도를 형식화한다.
• 시스템의 구성 요소들 사이에서 완전한 손실 없는 통합이 이루어지기 위해서는 비계산 함수가 필요하다는 것을 입증한다.
• 모든 정보를 완전하고도 역행 불가능하게 통합할 수 있는 시스템은 튜링 기계로 시뮬레이션될 수 없다는 것을 증명한다.
• 뇌의 인지 과정을 '섞임 들어옴, 섞임 나옴'으로 프레임화한다—입력은 분해되고 출력은 통합되며, 통합은 국소적이지 않고 비계산적인 단계에서 발생한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 통합된 정보를 정보 손실의 가정 없이 손실 없는 방식으로 형식화할 수 있는가?
• RQ2 알고리즘적 정보 이론을 사용하여 통합된 정보를 모델링할 때의 계산적 한계는 무엇인가?
• RQ3 완전하고도 역행 불가능하게 정보를 손실 없이 통합할 수 있으며, 만약 그렇다면 이를 계산으로 수행할 수 있는가?
• RQ4 손실 없는 통합에서 비계산 함수가 요구된다는 점이 의식이 계산적으로 시뮬레이션될 수 없다는 것을 의미하는가?
• RQ5 '섞임 들어옴, 섞임 나옴' 모델은 통합된 정보의 국소적이지 않고 비계산적인 성격을 어떻게 반영하는가?

주요 결과

• 통일된 의식에 필수적인 손실 없는 정보 통합은 알고리즘적 정보 이론을 사용하여 증명된 바, 비계산 함수를 필요로 한다.
• 정보 손실에 의존하는 기존의 통합 정보 형식화는 본질적으로 결함이 있으며, 기억의 지속적 열화를 암시하기 때문이다.
• 뇌의 인지 과정은 감각 자극과 운동 출력 사이에 국소적이지 않고 비계산적인 통합 단계를 포함해야 하며, 이를 '섞임 들어옴, 섞임 나옴'으로 표기한다.
• 국소적인 입력 또는 출력 기능에 집중하는 신경과학 모델은 통합된 의식의 核심 현상은 설명할 수 없다.
• 이 이론은 의식이 통합된 경험으로 존재한다면, 어떤 계산 모델로도 포착될 수 없다는 것을 암시한다.
• 통합된 정보의 해결할 수 없는 복잡성은 마음을 계산적 또는 기계적 모델로 완전히 이해하는 것을 도전하는 바이다.