Problém vazby - Binding problem

Závazné problém se týká dvou problémů vnímání , které se používají v neuroscience , kognitivní vědy a filozofii mysli .

Problém segregace (BP1) je praktický výpočetní problém toho, jaké jsou mechanismy, které umožňují mozku oddělit smyslové vstupy, například barvu nebo zvuk, mezi různými objekty v prostředí. Například mozek je obecně schopen správně určit, jakou barvu má každý objekt, který je člověk schopen vidět.

Kombinace problém (BP2) je problém, jak jsou objekty, pozadí a abstraktní nebo emocionální prvky sloučeny do jedné zkušenosti.

Rozdíl mezi těmito dvěma problémy není vždy jasný a historický výzkum je často nejednoznačný v tom, zda se zabývá problémem segregace nebo kombinací.

Problém segregace

Definice

Problém segregace, známý také jako vazebný problém 1 (BP1), je problémem toho, jak mozky oddělují prvky ve složitých vzorcích senzorického vstupu tak, aby byly přiřazeny k diskrétním „objektům“.

John Raymond Smythies definoval BP1 těmito termíny: „Jak je v neuronových sítích vybudována reprezentace informací , že„ tam venku “je jeden jediný objekt, a nikoli pouhá sbírka různých tvarů, barev a pohybů?“ Revonsuo to označuje jako problém „vazby související se stimuly“-třídění podnětů. Ačkoli se obvykle označuje jako problém vazby, výpočetní problém je pravděpodobně problém diskriminace. Canales a kol .: „spojit dohromady všechny rysy jednoho objektu a oddělit je od rysů jiných objektů a pozadí“. Bartels a Zeki to popisují jako „určující, že jde o stejný (nebo jiný) podnět, který aktivuje různé buňky v dané zrakové oblasti nebo v různých zrakových oblastech“.

Experimentální práce

Většina experimentálních prací je na vidění, kde je známo, že lidé a další savci zpracovávají různé aspekty vnímání oddělením informací o těchto aspektech a jejich zpracováním v odlišných oblastech mozku. Bartels a Zeki například ukázali, že různé oblasti ve zrakové kůře se specializují na zpracování různých aspektů barvy , pohybu a tvaru . O tomto typu modulárního kódování se tvrdí, že přináší potenciál pro nejednoznačnost . Když lidé vidí scénu obsahující modrý čtverec a žlutý kruh, některé neurony signalizují reakci na modrou, jiné signalizují reakci na žlutou, další na čtvercový tvar nebo kruhový tvar. Zde je problémem vazby otázka, jak mozek správně páruje barvu a tvar, tj. Naznačuje, že modrá jde se čtvercem, spíše než se žlutou.

Teorie synchronizace

Oblíbenou hypotézou, kterou jako první navrhl Milner, bylo, že rysy jednotlivých objektů jsou svázány/odděleny prostřednictvím synchronizace aktivity různých neuronů v kůře. Teorie, nazývaná BBS (synchronizace podle synchronizace), říká, že když dva neurony funkcí střílejí synchronně, jsou vázány, zatímco když vystřelí ze synchronizace, jsou nevázané. Empirické testování myšlenky dostalo impuls, když von der Malsburg navrhl, aby vazba funkcí představovala zvláštní problém, který nelze pokrýt jednoduše rychlostmi buněčného pálení. Řada studií naznačila, že skutečně existuje vztah mezi rytmickým synchronním vypalováním a vazbou funkcí. Zdá se, že toto rytmické pálení je spojeno s vnitřními oscilacemi v neuronálních somatických potenciálech , typicky v rozsahu gama blízkém 40 Hz. Pozitivní argumenty pro roli pro rytmickou synchronizaci při řešení problému segregační vazby objektu-funkce (BP1) shrnul Singer. Určitě existuje rozsáhlý důkaz pro synchronizaci nervového vypalování jako součást reakcí na vizuální podněty.

Mezi nálezy z různých laboratoří však existuje nesoulad. Kromě toho řada nedávných recenzentů, včetně Shadlena a Movshona a Merkera, vyjádřila obavy. Thiele a Stoner zjistili, že percepční vazba dvou pohyblivých vzorů neměla žádný vliv na synchronizaci neuronů reagujících na tyto dva vzorce. V primární zrakové kůře Dong a kol. zjistil, že bez ohledu na to, zda dva neurony reagovaly na kontury stejného tvaru nebo různých tvarů, nemělo to žádný vliv na nervovou synchronii. Revonsuo uvádí podobná negativní zjištění.

Shadlen a Movshon, vznesli řadu pochybností o teoretickém i empirickém základu myšlenky segregační vazby pomocí časové synchronizace. Za prvé, není jasné, zda vazba představuje zvláštní výpočetní problém, jaký navrhl von der Malsburg. Za druhé, není jasné, jak by synchronizace začala hrát výraznou roli z hlediska lokální výpočetní logiky. Za třetí, je obtížné si představit situaci, ve které by rychlost a syntaxe předsynaptické palby mohly být užitečně interpretovány nezávisle postsynaptickou buňkou, protože tyto dvě jsou vzájemně závislé na věrohodných časových měřítcích.

Dalším bodem, který byl vznesen, je, že ve standardních časových rámcích pro vypalování neuronů by bylo velmi málo odlišných fází synchronie rozlišitelných i za optimálních podmínek. To by však bylo významné pouze v případě, že stejné cesty jsou potenciálně napájeny špičkovými (signálními) vlaky ve více fázích. Naproti tomu Seth popisuje umělého robota na bázi mozku, který předvádí více, oddělených, široce distribuovaných neurálních obvodů, střílejících v různých fázích, což naznačuje, že synchronizace může pomoci při vytváření diskrétních obvodů re-entrantů souvisejících s objektem v systému vystaveném náhodně časovaným podněty.

Goldfarb a Treisman poukazují na to, že se zdá, že logický problém vzniká pro vazbu výhradně prostřednictvím synchronizace, pokud existuje několik objektů, které sdílejí některé z jejich funkcí, a ne jiné. Při prohlížení displeje různě barevných písmen nelze vnitřní reprezentaci červeného X, zeleného O, červeného O a zeleného X vysvětlit čistě synchronizací signálů například pro červený a X tvar. V nejlepším případě může synchronizace usnadnit segregaci podporovanou jinými prostředky (jak von der Malsburg uznává).

Řada neuropsychologických studií naznačuje, že asociace barvy, tvaru a pohybu jako „rysů předmětu“ není jen otázkou propojení nebo „svazování“. Purves a Lotto poskytují rozsáhlé důkazy o zpětnovazebních signálech shora dolů, které zajišťují, že se smyslovými daty se zachází jako s rysy (někdy nesprávně) postulovaných objektů na počátku zpracování. V mnoha iluzích se data objevují, jako by byla předvědomě upravena podle očekávání objektu. Pylyshyn také zdůraznil způsob, jakým se zdá, že mozek předjímá objekty, kterým mají být přiděleny rysy a kterým je přisuzována pokračující existence, i když vlastnosti jako změna barvy.

Teorie integrace funkcí

Ve své teorii integrace funkce , Treisman navrhl, že vazby mezi funkcemi je zprostředkována odkazy funkcích na společném místě. Psychofyzické ukázky selhání vazby za podmínek plné pozornosti poskytují podporu pro myšlenku, že vazba se provádí pomocí společných značek umístění.

Důsledkem těchto přístupů je, že smyslová data, jako je barva nebo pohyb, nemusí normálně existovat v „nepřidělené“ formě. Pro Merkera: „„ Červená “červené koule neplave bez těla v abstraktním barevném prostoru ve V4.“ Pokud jsou informace o barvách přidělené bodu v zorném poli převedeny přímo, prostřednictvím vytvoření určité formy výrokové logiky (analogické té, která se používá v počítačovém designu) na informace o barvě přidělené „identitě objektu“ postulované signálem shora dolů jak navrhují Purves a Lotto (např. zde je modrá + objekt 1 je zde = objekt 1 je modrý) nemusí existovat žádný speciální výpočetní úkol „spojování dohromady“ prostředky, jako je synchronizace. (Přestože Von der Malsburg představuje problém z hlediska závazných „propozic“, jako je „trojúhelník“ a „vrchol“, tyto izolovaně nejsou výrokové.)

To, jak signály v mozku začnou mít propoziční obsah nebo význam, je mnohem větší problém. Marr i Barlow však navrhli na základě toho, co bylo známo o neurální konektivitě v 70. letech, že by se očekávalo, že konečná integrace funkcí do vjemu bude připomínat způsob, jakým slova fungují ve větách.

Role synchronizace v segregační vazbě zůstává kontroverzní. Merker nedávno navrhl, že synchronizace může být rysem oblastí aktivace v mozku, které se vztahují k „infrastrukturálnímu“ znaku výpočetního systému analogicky ke zvýšené potřebě kyslíku indikované pomocí MRI. Zdánlivě specifické korelace se segregačními úkoly lze vysvětlit na základě propojenosti příslušných oblastí. Jako možný projev potřeby vyvážení excitace a inhibice v průběhu času lze očekávat, že bude spojen s recipročními obvody vstupujících do sebe, jako v modelu Setha et al. (Merker uvádí analogii píšťaly ze zvukového zesilovače přijímajícího vlastní výstup.)

Pokud se ukáže, že synchronizovaná aktivita hraje nanejvýš infrastrukturní roli v segregačním výpočetním „vázání“, vyvstává otázka, zda potřebujeme další vysvětlení. Jak Shadlenova, Movshonova, tak Merkerova analýza se zdá být taková, že v tomto smyslu nemusí existovat žádný zvláštní vazebný problém. Problém může být pouze nedílnou součástí obecnějšího problému výpočetní logiky používané neurony nebo toho, čemu se často říká „neurální kód“. Zejména může být nevhodné analyzovat vazbu ve vnímání, aniž bychom vzali v úvahu způsob, jakým jsou funkce svázány v paměti, jak řeší Zimmer a kolegové, a jak to informuje o způsobu, jakým mozek předjímá objekty.

Problém kombinace

Definice

Smythies definuje kombinační problém, známý také jako vazebný problém 2 (BP2), jako „Jak mozkové mechanismy vlastně konstruují fenomenální objekt?“. Revonsuo to přirovnává k „ vazbě související s vědomím “, přičemž zdůrazňuje zdůraznění fenomenálního aspektu. Jak Revonsuo zkoumá v roce 2006, existují rozdíly v odlišnostech nad rámec základní divize BP1: BP2. Smythies hovoří o konstrukci fenomenálního objektu („místní jednota“ pro Revonsuo), ale filozofové jako Descartes, Leibniz, Kant a James (viz Brook a Raymont) se obvykle zabývali širší jednotou fenomenální zkušenosti („globální jednota“ pro Revonsuo) - což, jak ilustruje Bayne, může zahrnovat tak rozmanité rysy, jako je vidět knihu, slyšet melodii a cítit emoce. Další diskuse se zaměří na tento obecnější problém, jak mají být smyslové údaje, které mohly být rozděleny například na „modrý čtverec“ a „žlutý kruh“, znovu sloučeny do jednoho fenomenálního zážitku modrého čtverce vedle žlutý kruh plus všechny ostatní funkce jejich kontextu. Existuje široká škála názorů na to, nakolik je tato „jednota“ skutečná, ale existence zdravotních stavů, ve kterých se jeví jako subjektivně narušená nebo alespoň omezená, naznačuje, že není zcela iluzorní.

Dějiny

Raní filosofové, jako Descartes a Leibniz, poznamenali, že zjevná jednota naší zkušenosti je kvalitativní charakteristikou všeho nebo žádného, ​​která se nezdá být ekvivalentem ve známých kvantitativních rysech, jako je blízkost nebo soudržnost, kompozitní hmoty. William James v devatenáctém století uvažoval o způsobech, jak by jednotu vědomí bylo možné vysvětlit známou fyzikou, a nenašel uspokojivou odpověď. Vytvořil termín „kombinovaný problém“ ve specifickém kontextu „teorie prachu a prachu“, ve které se navrhuje, aby se z proto-nebo mikro-zkušeností vybudovala plná lidská vědomá zkušenost způsobem, jakým je budována hmota z atomů. James tvrdil, že taková teorie je nesouvislá, protože nebylo možné podat kauzální fyzický popis toho, jak by se distribuované proto-zkušenosti „kombinovaly“. Místo toho upřednostňoval koncept „spoluvědomí“, ve kterém existuje spíše jedna „zkušenost A, B a C“ než kombinované zkušenosti. Podrobnou diskusi o následných filozofických pozicích podávají Brook a Raymont (viz 26). Ty však obecně nezahrnují fyzické interpretace. James byl nadále znepokojen absencí „jediné fyzické věci“, jiné než atom, která by mohla být spoluvědomá (A, B a C), což by odráželo Leibniz.

Whitehead navrhl základní ontologický základ pro vztah konzistentní s Jamesovou představou o společném vědomí, ve kterém je mnoho kauzálních prvků společně dostupných nebo „přítomných“ v jedné události nebo „příležitosti“, která představuje jednotnou zkušenost. Whitehead neposkytl fyzická specifika, ale myšlenka komprese je formulována z hlediska kauzální konvergence v lokální interakci konzistentní s fyzikou. Tam, kde Whitehead překračuje cokoli, co je ve fyzice formálně uznáváno, spočívá v „rozdělování“ kauzálních vztahů na složité, ale diskrétní „příležitosti“. I když lze takové příležitosti definovat, Whiteheadův přístup stále zanechává Jamesovy potíže s nalezením místa nebo míst kauzální konvergence, která by měla neurobiologický smysl pro „společné vědomí“. Místa konvergence signálu zjevně existují v celém mozku, ale existuje obava vyhnout se opětovnému vynalézání toho, co Dennett nazývá karteziánským divadlem nebo jediným centrálním místem konvergence formy, kterou Descartes navrhoval.

Centrální „duše“ Descartese je nyní odmítnuta, protože nervová aktivita úzce korelovaná s vědomým vnímáním je široce distribuována po celé kůře. Zbývající volby se zdají být buď samostatným zapojením více distribuovaných kauzálně konvergentních událostí, nebo modelem, který neváže fenomenální zážitek k žádné konkrétní místní fyzické události, ale spíše k nějaké celkové „funkční“ kapacitě. Bez ohledu na interpretaci, jak ukazuje Revonsuo, neexistuje shoda na tom, s jakou strukturální úrovní se potýkáme - zda na buněčné úrovni, na úrovni buněčných skupin jako „uzlů“, „komplexů“ nebo „sestav“ nebo na úrovni široce distribuovaných sítí. Pravděpodobně existuje pouze obecná shoda, že se nejedná o úroveň celého mozku, protože existují důkazy, že signály v určitých primárních smyslových oblastech, jako je oblast V1 zrakové kůry (kromě motorických oblastí a mozečku), nikoli přispívat přímo k fenomenálnímu zážitku.

Moderní teorie

Dennett navrhl, že náš pocit, že naše zkušenosti jsou jednotlivé události, je iluzorní a že místo toho v každém okamžiku existuje „více konceptů“ senzorických vzorců na více místech. Každý by zakryl pouze zlomek toho, co si myslíme, že prožíváme. Dennett pravděpodobně tvrdí, že vědomí není sjednocené a neexistuje žádný fenomenální problém se svazováním. Většina filozofů má s touto pozicí potíže (viz Bayne). Dennettův pohled by mohl být v souladu s důkazy z pokusů o odvolání a údajné změny slepoty, která by ukázala, že naše zkušenosti jsou mnohem méně bohaté, než jak je vnímáme - čemu se říká Velká iluze. Jen málo, pokud vůbec, jiní autoři naznačují existenci více dílčích „konceptů“. Lamme navíc také na základě pokusů o odvolání zpochybnil myšlenku, že bohatství je iluzorní, přičemž zdůraznil, že fenomenální obsah nelze srovnávat s obsahem, ke kterému existuje kognitivní přístup.

Dennett nespojuje koncepty s biofyzikálními událostmi. Edwards a Sevush vyvolávají více biofyzikálních termínů více míst kauzální konvergence. V tomto pohledu jsou smyslové signály, které mají být kombinovány ve fenomenálním zážitku, k dispozici v plném rozsahu na každém z více míst. Aby se zabránilo nekauzální kombinaci, je každé místo/událost umístěno do individuálního neuronálního dendritického stromu. Výhodou je, že „komprimence“ je vyvolána právě tam, kde dochází ke konvergenci neuroanatomicky. Nevýhodou, pokud jde o Dennetta, je protiintuitivní koncept více „kopií“ zkušeností. Přesná povaha zážitkové události nebo „příležitosti“, i když místní, také zůstává nejistá.

Většina teoretických rámců pro sjednocenou bohatost fenomenální zkušenosti dodržuje intuitivní myšlenku, že zkušenost existuje jako jediná kopie, a čerpá z „funkčních“ popisů distribuovaných sítí buněk. Baars navrhl, aby určité signály, kódující to, co zažíváme, vstupovaly do „globálního pracovního prostoru“, v němž jsou „vysílány“ na mnoho míst v kůře za účelem paralelního zpracování. Dehaene, Changeux a kolegové vyvinuli podrobnou neuroanatomickou verzi takového pracovního prostoru. Tononi a kolegové navrhli, aby úroveň bohatosti zážitku byla určena nejužším „úzkým hrdlem“ informačního rozhraní v největší podsíti nebo „komplexem“, který funguje jako integrovaná funkční jednotka. Lamme navrhl, aby sítě podporující vzájemnou signalizaci spíše než ty, které se pouze podílejí na podpoře zpětné signalizace. Edelman a kolegové také zdůraznili důležitost opětovného vstupu signalizace. Cleeremans zdůrazňuje meta-reprezentaci jako funkční podpis signálů přispívajících k vědomí.

Obecně takové teorie založené na síti nejsou výslovně teoriemi o tom, jak je vědomí sjednoceno nebo „svázáno“, ale spíše teoriemi funkčních oblastí, v nichž signály přispívají ke sjednocenému vědomému prožívání. Rosenberg nazval problém hranic starostí o funkční domény; je těžké najít jedinečný účet o tom, co má být zahrnuto a co vyloučeno. Přesto je to, pokud vůbec něco, přístup konsensu.

V rámci síťového kontextu byla vyvolána role pro synchronizaci jako řešení fenomenálního problému s vazbou i výpočetního. Ve své knize The Astonishing Hypothesis se zdá, že Crick nabízí řešení pro BP2 stejně jako pro BP1. Dokonce i von der Malsburg uvádí podrobné výpočetní argumenty o vazbě vlastností objektu s poznámkami o „psychologickém momentu“. Zdá se, že skupina Singer se stejně zajímá o roli synchronizace ve fenomenálním povědomí, jako o výpočetní segregaci.

Zjevnou nekompatibilitu použití synchronizace k oddělení a sjednocení lze vysvětlit sekvenčními rolemi. Merker však poukazuje na to, co se jeví jako rozpor při pokusech vyřešit fenomenální problém sjednocení (BP2), pokud jde o funkční (efektivně znamená výpočetní) spíše než lokální biofyzickou doménu v kontextu synchronizace.

Funkční argumenty pro roli synchronizace jsou ve skutečnosti podloženy analýzou místních biofyzikálních událostí. Merker však poukazuje na to, že vysvětlující práce se provádí následnou integrací synchronizovaných signálů v postsynaptických neuronech: „V žádném případě však není jasné, co je třeba chápat pod pojmem‚ vazba synchronizací ‘kromě prahové výhody. udělené synchronizací na a pouze v místech axonální konvergence na jednotlivé dendritické stromy ... “Jinými slovy, ačkoli je synchronie navrhována jako způsob vysvětlení vazby na distribuovaném, nikoli konvergentním základě, odůvodnění spočívá na tom, co probíhá při konvergenci. Signály pro dvě funkce jsou navrženy jako vázané synchronizací, protože synchronizace ovlivňuje konvergentní interakci po proudu. Zdá se, že jakákoli teorie fenomenální vazby založená na tomto druhu výpočetní funkce sleduje stejný princip. Fenomenalita by znamenala konvergenci, pokud to výpočetní funkce dělá.

Ačkoli se BP1 a BP2 liší, nemusí to vyvrátit předpoklad, implicitní v mnoha citovaných modelech, že výpočetní a fenomenální události, alespoň v určitém bodě sledu událostí, se navzájem nějakým způsobem rovnoběžují. Potíž zůstává v identifikaci toho, co by to mohlo být. Merkerova analýza naznačuje, že buď (1) jak výpočetní, tak fenomenální aspekty vazby jsou určeny konvergencí signálů na neuronálních dendritických stromech, nebo (2) že naše intuitivní představy o potřebě „vazby“ ve smyslu „držet pohromadě“ v obou výpočetní a fenomenální kontexty jsou mylně pojaty. Možná hledáme něco navíc, co není potřeba. Merker například tvrdí, že homotopická konektivita senzorických drah vykonává nezbytnou práci.

Povaha a řešení BP2 zůstává předmětem kontroverzí.

Viz také

Reference

Další čtení

  • Zimmer, HD (Hubert D.); Mecklinger, Axel .; Lindenberger, Ulman. (2006). Příručka vazby a paměti: perspektivy z kognitivní neurovědy . Oxford; New York: Oxford University Press. ISBN 978-0-19-852967-5. OCLC  63702616 .