[论文解读] The Phi measure of integrated information is not well-defined for general physical systems

Adam B. Barrett, Pedro A. M. Mediano|arXiv (Cornell University)|Feb 12, 2019

Cognitive Science and Education Research参考文献 13被引用 56

一句话总结

本文认为，在 IIT 3.0 中的当前 Phi 指标对于一般物理系统并非良定义，原因在于度量、离散化和马尔可夫性假设等问题，并讨论解决这些问题的可能途径。

ABSTRACT

According to the Integrated Information Theory of Consciousness, consciousness is a fundamental observer-independent property of physical systems, and the measure Phi of integrated information is identical to the quantity or level of consciousness. For this to be plausible, there should be no alternative formulae for Phi consistent with the axioms of IIT, and there should not be cases of Phi being ill-defined. This article presents three ways in which Phi, in its current formulation, fails to meet these standards, and discusses how this problem might be addressed.

研究动机与目标

• 推动将 Phi 作为意识的一个基本、观察者无关的量。
• 识别使 Phi 对一般物理系统定义不清晰的三个核心理论问题。
• 讨论在 IIT 内部可能的重构或方向，以解决这些问题。

提出的方法

• 回顾并重述 IIT 3.0 中的 Phi 构造，聚焦信息和整合量化。
• 分析 Phi 如何依赖于粒化最大化及使用 Earth Mover’s 距离的分区基整合。
• 批评状态空间度量和概率分布的规范选择，以及对马尔可夫性动力学的要求。
• 通过概念性示例说明非马尔可夫性和连续状态情形下的失效。

实验结果

研究问题

• RQ1 在 IIT 框架下，Phi 作为一个基本物理量是否定义良好？
• RQ2 是否存在对状态度量和概率分布度量的规范选择，从而得出唯一的 Phi？
• RQ3 Phi 是否可以对非马尔可夫或连续状态系统一致地定义？若不能，IIT 应如何重构？
• RQ4 保持观察者无关性和 Phi 在不同粒度下有界性的可行重构是什么？

主要发现

• 就目前的表述而言，Phi 对一般物理系统并非良定义，原因是多方面的基础问题。
• 在状态空间或概率分布空间不存在用于计算 Earth Mover’s 距离的规范度量。
• 对状态离散化并对所有粒度取最大值的要求，会导致无限或非紧致状态空间以及非马尔可夫动力学的问题。
• 非马尔可夫动力学可能使核心条件分布定义不清，从而削弱 Phi 的计算。
• 提出的重构包括转向对瞬时状态的内在几何/拓扑描述或基场方法，而不是基于历史信息量的度量。