「分子が思考を生み出す？ (John Tyndall, 1868)」への2件のフィードバック

1. phrh205455 投稿作成者2025年6月29日 5:01 PM

   How Does Molecular Action In The Brain Make Thoughts?

   by Marcelo Gleiser

   https://www.npr.org/sections/13.7/2016/09/28/495735676/how-does-molecular-action-in-the-brain-make-thoughts

   I start with a remarkable quote:

   “The passage from the physics of the brain to the corresponding facts of consciousness is unthinkable. Granted that a definite thought, and a definite molecular action in the brain occur simultaneously, we do not possess the intellectual organ, nor apparently any rudiment of the organ, which would enable us to pass by a process of reasoning from the one phenomenon to the other. They appear together but we do not know why. Were our minds and senses so expanded, strengthened and illuminated as to enable us to see and feel the very molecules of the brain, were we capable of following all their motions, all their groupings, all their electric discharges, if such there be, and were we intimately acquainted with the corresponding states of thought and feeling, we should be as far as ever from the solution of the problem. How are these physical processes connected with the facts of consciousness? The chasm between the two classes of phenomena would still remain intellectually impassable…Let the consciousness of love, for example, be associated with a right-handed spiral motion of the molecules of the brain, and the consciousness of hate with a left-handed spiral motion. We should then know, when we love, that the motion is in one direction, and, when we hate, that the motion is in the other; but the “Why?” would remain as unanswerable as before.”

   This was part of eminent Victorian physicist John Tyndall’s 1868 Presidential Address to the Physical Section of the British Association for the Advancement of Science. Already 148 years ago, scientists were puzzled by the strange fact that once we adopt a purely materialistic description of the mind, we must face the major challenge of figuring out how “molecular action in the brain” relates to thought.

   The interesting aspect of Tyndall’s argument is his claim that even if we did understand the hows — that is, the fact that, in his example, love was associated with a right-handed spiral motion and hate with the opposite direction — we would still have no clue how to relate the molecular machinery of emotion and thought to the subjective experience of emotion and thought.

   Of course, much has happened in the burgeoning field of cognitive neurosciences in the past 150 years. With the advances of noninvasive probing technologies such as fMRI and EEG, we can follow, approximately at least, the regions of the brain where stuff happens, so to speak, as we feel love or hatred or listen to music, or meditate. Scientists have uncovered a long list of 100 plus biochemical compounds, the neurotransmitters, that transmit signals across chemical synapses, the bridges between neurons or between neurons and muscle and gland cells: glutamate, acetylcholine, dopamine, epinephrine (adrenaline), histamine, etc. We now have a much clearer picture of the brain, with its roughly 85 billion neurons, each with some 15,000 connections to neighboring neurons. The pathway complexity is staggering, summarized in the “connectome,” a kind of wiring diagram mapping all neural connections in an organism.

   In their 2005 article proposing the connectome, authors Olaf Sporns, Giulio Tononi and Rolf Kötter, remarked that: “The connectome will significantly increase our understanding of how functional brain states emerge from their underlying structural substrate.” In other words, within the working hypothesis of the brain as a network of neurons and synapses, the hope is that this map will somehow address Tyndall’s concern and finally clarify how “physical processes are connected with the facts of consciousness.” A second goal of the map, extremely important from a medical perspective, is to “provide new mechanistic insights into how brain function is affected if this structural substrate is disrupted.” This second goal, of course, is much easier to achieve.

   One immediate advantage of having a connectome is that it could, in principle, be reproduced in computers. One would then have a simplified model of the brain’s connectivity, which could be used in many different ways. For example, testing the effect of localized trauma or stimulation on overall functionality. Assuming the chemical elements could be brought into the model, that is, the complex maze of neurotransmitter flowing about through neural synapses, the effects of specific drugs could be tested in the simulations, without need of animal or human subjects. We can then see immediate medical applications of this approach, which, by themselves, make the effort extremely relevant for science.

   The hard problem, however, is whether such efforts could indeed shed light on Tyndall’s question. As New York University philosopher David Chalmers remarked, the “really hard problem of consciousness is the problem of experience.” We really don’t know, and claims to the contrary are optimistic at best. This doesn’t mean that the problem is intractable; such final claims are dangerous in science, given that we keep surprising ourselves with the problems that we can solve now that we couldn’t before. However, it seems reasonable to argue that there is some elusive element missing here, something that translates physiological neural activity to the subjective experience of having a thought or an emotion. Enthusiasts argue that we will only know if we try, and that building connectomes and sophisticated computer programs may bring us close to an understanding. Such arguments assume that the very complexity of neural connectivity will somehow engender higher consciousness through some sort of emergent collective phenomenon. It’s hard to argue with the relevance of this research. Even if it fails to provide a window into consciousness, it will still have a profound impact on medical diagnosis and brain pharmacology.

   On the other hand, it’s hard to imagine how the collective emergent behavior of neurons can become a thought or the experience of an emotion. If consciousness is, as it should be, an organized state of matter, we seem to be lacking an essential component to describe it. For comparison, a building has bricks and pumps and electrical currents controlled by on-off switches flowing through countless wires. It is a mechanical contraption, working firmly within a set of physical laws. We understand buildings, and can build and fix them because we know the underlying physical principles under which they operate. Likewise, it is plausible that we can build brain-like systems having different kinds of experiential awareness like seeing or hearing, and that respond to such stimuli with certain actions. Many robots already do this.

   Assuming we have an approximate connectome of the human brain, and that we know most of the underlying physical and biochemical principles, we may indeed get really close to a model that mimics how we see and hear. But will that model also have the subjective experience of being? The issue here seems to be not a tentative “yes” or “no” answer — but a “why not?”

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2. phrh205455 投稿作成者2025年6月29日 5:02 PM

   脳内の分子作用はどのように思考を生み出すのか？

   マルセロ・グレイザー著

   https://www.npr.org/sections/13.7/2016/09/28/495735676/how-does-molecular-action-in-the-brain-make-thoughts

   まず、注目すべき引用から始めましょう。

   「脳の物理的性質から意識のそれに対応する事実への移行は考えられません。明確な思考と脳内の明確な分子作用が同時に起こると仮定しても、私たちは一方の現象からもう一方の現象へと推論のプロセスを経て移行することを可能にする知性器官、あるいはその器官の原始的構造を持っていないでしょう。それらは同時に現れますが、なぜそうなるのかはわかりません。もし私たちの心と感覚が、脳内の分子そのものを視覚化し、感じることができるほど拡張され、強化され、啓発されていたら、私たちは脳内の分子のあらゆる動きを追うことができたでしょうか？あらゆる運動、それらのあらゆる集合、あらゆる放電（もしそのようなものが存在するならば）、そして私たちがそれに対応する思考と感情の状態を深く理解していたとしても、私たちは問題の解決からどれほど遠く離れていることでしょう。これらの物理的プロセスは、意識の事実とどのように結びついているのでしょうか？ 二つの現象の間の溝は、依然として知的には越えられないままでしょう…例えば、愛の意識を脳内の分子の右巻きの螺旋運動と関連付け、憎しみの意識を左巻きの螺旋運動と関連付けてみましょう。そうすれば、私たちは愛しているときにはその運動が一方向であること、そして憎んでいるときにはその運動が逆方向であることを知るでしょう。しかし、「なぜ？」という問いは、以前と同じように答えられないままです。

   これは、著名なヴィクトリア朝時代の物理学者ジョン・ティンダルが1868年に英国科学振興協会物理学部会で行った会長演説の一部です。 148年前、科学者たちは、心を純粋に唯物論的に記述しようとすると、「脳内の分子の働き」が思考とどのように関連しているのかを解明するという大きな課題に直面しなければならないという奇妙な事実に、既に頭を悩ませていました。

   ティンダルの議論の興味深い点は、たとえその仕組みを理解したとしても――つまり、彼の例で言えば、愛は右巻きの螺旋運動と関連し、憎しみは反対方向の螺旋運動と関連しているという事実を理解したとしても――感情と思考の分子機構を、感情と思考の主観的経験とどのように関連づければよいのか、全く見当もつかない、という点です。

   もちろん、過去150年間で、認知神経科学という急成長を遂げた分野では多くの成果が上がっています。fMRIやEEGといった非侵襲的なプローブ技術の進歩により、愛や憎しみを感じたり、音楽を聴いたり、瞑想したりする際に、いわば脳内で何かが起こる領域を、少なくともおおよそ追跡することが可能になりました。科学者たちは、ニューロン間、あるいはニューロンと筋肉や腺細胞との間の橋渡しである化学シナプスを介して信号を伝達する、100種類を超える生化学物質、すなわち神経伝達物質を数多く発見してきました。グルタミン酸、アセチルコリン、ドーパミン、エピネフリン（アドレナリン）、ヒスタミンなどがその例です。脳には約850億個のニューロンがあり、それぞれが隣接するニューロンと約1万5000の接続を持つという、脳の全体像が今やはるかに鮮明になっています。その経路の複雑さは驚異的で、「コネクトーム」と呼ばれる、生物におけるすべての神経接続をマッピングした一種の配線図にまとめられています。

   2005年にコネクトームを提唱した論文の中で、オラフ・スポーンス、ジュリオ・トノーニ、ロルフ・ケッターは次のように述べています。「コネクトームは、脳の機能状態がどのようにしてその基盤となる構造的基質から生じるのかについての理解を大きく深めるでしょう。」言い換えれば、脳をニューロンとシナプスのネットワークと捉える作業仮説において、この地図がティンダルの懸念に何らかの形で対処し、「物理的プロセスが意識の事実とどのように結びついているか」を最終的に明らかにすることを期待しています。この地図の第二の目標は、医学的観点から極めて重要であり、「この構造的基盤が破壊された場合に脳機能がどのように影響を受けるかについて、新たなメカニズム的知見を提供すること」です。もちろん、この第二の目標ははるかに達成が容易です。

   コネクトームを持つことの直接的な利点の一つは、原理的にはコンピューターで再現できることです。これにより、脳の接続性の簡略化されたモデルが得られ、様々な用途に活用できるようになります。例えば、局所的な外傷や刺激が全体的な機能に及ぼす影響をテストできます。化学要素、つまり神経シナプスを流れる神経伝達物質の複雑な迷路をモデルに組み込むことができれば、動物やヒトを被験者とすることなく、特定の薬物の効果をシミュレーションでテストできます。そうすれば、このアプローチの直接的な医学的応用が見込まれるため、それ自体が科学にとって極めて重要な意味を持つことになります。

   しかし、難しい問題は、そのような努力が本当にティンダルの問いに光を当てることができるかどうかだ。ニューヨーク大学の哲学者デイヴィッド・チ​​ャーマーズが述べたように、「意識に関する真に難しい問題は経験の問題である」。私たちは実際には何も分かっておらず、それに反論する主張はせいぜい楽観的だ。これは、問題が解決不可能であることを意味するわけではない。科学においては、以前は解決できなかった問題が今では解決できるという驚きが絶えずあることを考えると、そのような最終的な主張は危険である。しかし、ここでは何か捉えどころのない要素、つまり生理的な神経活動を思考や感情を持つという主観的な経験へと変換する何かが欠けていると主張するのは妥当に思える。熱心な支持者たちは、試してみなければ分からないと主張し、コネクトームや高度なコンピュータプログラムを構築することで理解に近づくことができるかもしれないと主張する。こうした議論は、神経接続の複雑さそのものが、何らかの創発的な集合的現象を通じて、何らかの形で高次の意識を生み出すと仮定している。この研究の妥当性に異論を唱えることは難しい。たとえ意識への窓を開くことができなくても、医療診断や脳薬理学に大きな影響を与えるでしょう。

   一方で、ニューロンの集合的な創発行動がどのようにして思考や感情体験へと発展するのかは想像しにくいものです。もし意識が、あるべき姿であるように、物質の組織化された状態であるならば、それを記述するための本質的な要素が欠けているように思われます。例えば、建物にはレンガやポンプがあり、無数の電線を流れるオンオフスイッチで制御される電流が流れています。建物は機械仕掛けであり、一連の物理法則の中でしっかりと機能しています。私たちは建物を理解し、その根底にある物理原理を知っているからこそ、建物を建設し、修理することができます。同様に、視覚や聴覚といった様々な経験的認識を持ち、そのような刺激に特定の行動で反応する脳のようなシステムを構築できる可能性は十分にあります。多くのロボットが既にこれを実現しています。

   人間の脳のおおよそのコネクトームが分かっており、その根底にある物理的・生化学的原理のほとんどが解明されていると仮定すれば、人間の視覚や聴覚を模倣したモデルに非常に近づくことができるかもしれません。しかし、そのモデルは主観的な存在体験も持つのでしょうか？ここで問題となるのは、暫定的な「はい」か「いいえ」の答えではなく、「なぜそうではないのか？」という問いです。

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