De ce arhitecturile digitale actuale nu pot susține conștiința: o perspectivă asupra calculului biologic

Un studiu teoretic amplu, publicat în jurnalul Neuroscience, analizează critic premisele conform cărora sistemele artificiale digitale ar putea deveni conștiente doar prin creșterea complexității computaționale. Autorii argumentează că diferențele fundamentale dintre calculul biologic și cel digital nu sunt de ordin cantitativ, ci structural și fizic, iar aceste diferențe sunt esențiale pentru apariția experienței conștiente.

Idei principale

• Calculul biologic este caracterizat de integrare multiscalară inseparabilă, spre deosebire de arhitecturile digitale separabile.
• Creierul utilizează un mod de calcul hibrid, combinând procese discrete și continue.
• Constrângerile metabolice modelează profund organizarea și funcționarea neurală.
• Sistemele digitale moderne, inclusiv rețelele neuronale artificiale, nu reproduc aceste principii.
• Conștiința ar putea depinde de proprietăți fizice și dinamice ale substratului, nu doar de organizarea funcțională abstractă.

Context

De la dualismul cartezian până la dezbaterile contemporane despre inteligența artificială, relația dintre mecanism și experiență subiectivă rămâne nerezolvată. Odată cu apariția modelelor lingvistice de mari dimensiuni, discuțiile despre conștiința artificială s-au intensificat, deși nu există un consens științific privind criteriile necesare pentru experiența subiectivă.

O poziție dominantă în acest domeniu este funcționalismul computațional, conform căruia conștiința apare oriunde există un anumit tip de procesare informațională, independent de substratul fizic. În opoziție, naturalismul biologic susține că experiența conștientă depinde critic de procesele fizice și biologice concrete care o susțin.

Despre studiu

Autorii dezvoltă o critică sistematică a funcționalismului computațional pornind de la două diferențe majore dintre sistemele biologice și cele digitale:

• Inseparabilitatea scalelor: în creier, procesele moleculare, celulare, populaționale și macroscopice sunt interdependente și se co-determină.
• Dinamica continuă: pe lângă evenimente discrete precum potențialele de acțiune, țesutul neural utilizează câmpuri electrice, gradienți ionici și oscilații continue.

Calculul biologic este prezentat ca un produs al evoluției sub constrângeri energetice severe. Creierul, deși reprezintă doar aproximativ 2% din masa corporală, consumă în jur de 20% din energia totală, iar această limitare a favorizat strategii de optimizare prin integrarea informației la multiple niveluri.

Calculul digital și separabilitatea

Calculatoarele digitale moderne se bazează pe arhitectura von Neumann, care separă strict memoria, unitatea de procesare și controlul. Această separare se extinde la niveluri multiple: hardware-ul este abstractizat de software, algoritmii sunt independenți de substratul fizic, iar timpul computațional este decuplat de timpul fizic.

Rețelele neuronale artificiale moștenesc aceste principii. Deși pot aproxima funcții complexe, ele funcționează prin manipularea simbolică discretă, fără ca substratul fizic să participe activ la calcul. Procesele de învățare și inferență sunt separabile de implementarea materială.

Limitele funcționalismului computațional

Studiul subliniază că funcționalismul computațional presupune în mod implicit că experiența conștientă este independentă de implementarea fizică. Autorii arată că această poziție ignoră realitățile energetice și termodinamice ale calculului, precum și rolul timpului fizic continuu.

Analiza formală a computabilității evidențiază limitele sistemelor discrete, inspirate de aritmetica numerelor naturale, care sunt marcate de incompletitudine. În contrast, sistemele continue, bazate pe numere reale, prezintă proprietăți de decidabilitate care pot conferi avantaje funcționale calculului biologic.

Calculul biologic: substrat, scară și dinamică hibridă

Creierul este descris ca un sistem evoluat prin accreție, în care structurile noi se suprapun și rămân dependente de cele vechi. Această organizare duce la o heterarhie, nu la o ierarhie strictă, în care nu există un nivel privilegiat de procesare.

Procesele neuronale combină:

• evenimente discrete (potențiale de acțiune);
• dinamici continue (potențiale gradate, câmpuri electrice);
• interacțiuni non-sinaptice, precum cuplajul ephaptic;
• oscilații care structurează temporal informația.

Aceste mecanisme permit o integrare eficientă energetic și o co-determinare între niveluri, în care procesele macroscopice pot constrânge activitatea locală și invers.

Integrarea multiscalară și conștiința

Autorii propun că experiența conștientă ar putea necesita nu doar integrarea informației într-o singură scară, ci și integrarea între scări. Această interdependență ar putea explica unitatea și continuitatea temporală a conștiinței, precum și capacitatea de a combina detalii locale cu context global.

Date recente sugerează că stările conștiente sunt asociate cu un grad mai mare de integrare multiscalară comparativ cu stările de inconștiență indusă farmacologic, susținând ipoteza că această proprietate este funcțional relevantă.

Implicații pentru conștiința artificială

Dacă aceste principii sunt corecte, atunci simpla scalare a sistemelor digitale actuale nu este suficientă pentru a genera conștiință. Ar fi necesare arhitecturi radical diferite, capabile să:

• integreze procese continue și discrete;
• funcționeze în timp fizic real;
• încorporeze constrângeri energetice care să modeleze dinamica;
• permită co-determinarea între niveluri de organizare.

Autorii discută sisteme neuromorfe, dispozitive fluide și substraturi ionice ca posibile direcții promițătoare, deși niciuna nu reproduce încă pe deplin calculul biologic.

Concluzii

Studiul propune o schimbare de paradigmă: de la conștiință ca produs al unor algoritmi abstracti, la conștiință ca manifestare a unui tip specific de calcul biologic, inseparabil de substratul său fizic. Această perspectivă sugerează că drumul către conștiința artificială nu trece prin extinderea arhitecturilor digitale actuale, ci prin dezvoltarea unor sisteme care să reproducă principiile fundamentale ale calculului biologic.