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東京大学学際科学科 2014年度 総合情報学特論III
意識の神経科学を目指して
6月11日(水) 3-4限 13:00-16:20, 駒場キャンパス15号館1階104講義室
吉田 正俊 (自然科学研究機構・生理学研究所・認知行動発達研究部門 ...
• 右脳損傷あり。左周辺視野でのみ腕の傾きを間違
える。右手でも左手でも同様。 視覚障害はない。
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• 原因部位は SPL-後頭皮質接合部
• 視覚背側経路への損傷が「行動のための視覚」に
影響を及ぼす。
• Visual form agno...
• New view: Seeing is knowing about things to do
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• Alva Noe のエナクション説
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:対象に向かって近
づくと対象の姿が大きくなる。私たちはこのような
sensorimotor ...
3) Self-awareness - オーラ経験時には注意が内面
に向かう
• 点と点の対応だけではなくて、場の形の対応もある。
=> 位相同型である
• でもこれって精緻な内観報告に過ぎないのでは?
現象学が言うような「経験の構造」を取り出...
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駒場講義2014「意識の神経科学を目指して」配付資料

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東京大学学際科学科 2014年度 総合情報学特論III
「意識の神経科学を目指して」
2014年6月11日(水) 3-4限 13:00-16:20, 駒場キャンパス15号館1階104講義室
吉田 正俊 (自然科学研究機構・生理学研究所・認知行動発達研究部門 助教)

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駒場講義2014「意識の神経科学を目指して」配付資料

  1. 1. 東京大学学際科学科 2014年度 総合情報学特論III 意識の神経科学を目指して 6月11日(水) 3-4限 13:00-16:20, 駒場キャンパス15号館1階104講義室 吉田 正俊 (自然科学研究機構・生理学研究所・認知行動発達研究部門 助教) 要旨 Part 1: • Neural correlates of awareness can be studied using bistable percepts. • The dorsal and ventral visual pathways may have different roles on vision for action and vision for perception, respectively. • Feeling-of-something-happening in blindsight may be mediated by the dorsal pathway for saliency. 要旨 Part 2: • Vision is not passive. Brain is predictive. • Sensorimotor contingency, rather than brain region, is the determinant of conscious experience. • Current scientific study of consciousness is the study of philosophical zombie. • Neurophenomenology tries to establish a first-person methodology but it is not successful yet. PART 1 0. What is consciousness? -- Let’s start from examples • Salient visual stimuli can disappear. • We are not conscious of all of the signals on the retina. 1. How to study consciousness? 1-1 Definition of consciousness • ?? “Consciousness is not a subject of science because we cannot define them.” • Let’s start from a common-sense definition, not from an analytic definition. 1 • A common-sense definition of consciousness: "consciousness refers to those states of sentience or awareness that typically begin when we wake from a dreamless sleep and continue through the day …” 1-2 Hard problem of consciousness • Philosophical zombie • The inverted spectrum • In his (Ned’s) class, ~2/3 of the students usually say, ‘Oh yeah, I see what you’re talking about’ and some of them even say, ‘Oh yeah, I’ve wondered about that since I was a kid.’ ~1/3 of people say, ‘I don’t know what you’re talking about.’ • The hard problem of consciousness: • the problem of explaining how and why we have qualia or phenomenal experiences — how sensations acquire characteristics, such as colors and tastes. • Awareness: “a state wherein we have access to some information, and can use that information in the control of behavior.” the psychological concept of mind” 2. Neural correlates of awareness • What are neural correlates? • Halle Berry の顔、名前を見たときだけ活動するニュ ーロン 2 =「Halle Berry という視覚刺激を提示した こと」の neural correlate 「Halle Berry を見たと いう経験」の neural correlate • An experimental manipulation is required by which a visual input is constant but perception of that visual stimulus varies. • Binocular rivalry (両眼視野闘争) • In binocular rivalry, the stimulus is stable but the content of awareness switches. Then, we can find the neural correlate of visual awareness by comparing two different perceptual reports. • Activity of IT neurons reflects the monkeys’ perceptual report 3 . This is strong evidence that IT neurons represent content of subjective experience. • 腹側視覚経路では、解剖学的により高次な領域でよ り主観的な情報が反映している • IT neurons represent a stage of processing beyond ambiguities and their activity reflects the brain's internal view of objects. • fMRI during binocular rivalry 4 • Neural correlates of awareness can be studied using bistable percepts. 3. Vision for perception and vision for action • Dorsal pathway: Vision for action • Ventral pathway: Vision for perception 5 • Optic ataxia (視覚性運動失調)
  2. 2. • 右脳損傷あり。左周辺視野でのみ腕の傾きを間違 える。右手でも左手でも同様。 視覚障害はない。 6 • 原因部位は SPL-後頭皮質接合部 • 視覚背側経路への損傷が「行動のための視覚」に 影響を及ぼす。 • Visual form agnosia (視覚失認): • Subject DF: Bilateral damage in ventral visual pathway (Lateral occipital area: LO) • Very good performance in ‘posting’ task 7 • 「知覚のための視覚」は傷害されているのに「行 動のための視覚」が保存されている • DF matched her card orientation to the slot during the course of the movement, well before contacting the target. 8 • Functional double dissociation • "Visual phenomenology ... can arise only from processing in the ventral stream ... visual-processing modules in the dorsal stream ... are not normally available to awareness." ("The visual brain in action" p.200-201) 9 • Dorsal and ventral visual pathways may have different roles on vision for action and vision for perception. 4. Blindsight (盲視) in human 4-1. What is blindsight? • “The visually evoked voluntary responses of patients with striate cortical destruction that are demonstrated despite a phenomenal blindness” 10 • Phenomenal consciousness can be dissociated from visual information processing. 4-2. Case reports • G.Y. became blind in his right visual field due to traffic accident in eight years old. He was diagnosed as homonymous hemianopia. • Above-chance performance in forced-choice => blindsight 11 • 患者 G.Y.氏の「なにかあるかんじ」 • He has a ‘feeling’ of something happening in his blind field and, given the right conditions, that he is absolutely sure of the occurrence. • He described his experience as that of ‘a black shadow moving on a black background’, adding that ‘shadow is the nearest I can get to putting it into words so that people can understand’. • 被験者の内観報告:「縞模様が見えているわけでは ない」「上下どちらにあるかは雰囲気で分かる」 4-3. Blindsight and two-visual systems hypothesis • Residual vision may be mediated by subcortical visual pathway. • Phylogenically old brain (superior colliculus) supports blindsight • Access to the dorsal pathway in blindsight 5. Blindsight in monkey 5-1. Animal model of blindsight • Recovery after 2-3 months training 12 • Are the monkeys really ‘blind’ to the visual stimuli? • The monkeys behaved as if it is a No-target trial. • The monkeys are ‘not able to see’, as in human blindsight. 5-2. Saliency in blindsight • Monkey without V1: Visually guided reaching => Visual saliency? • What is saliency? • Saliency computational model 13 • Salient stimuli attract gazes of blindsight monkeys 14 • What it is like to be blindsight? • Feeling ‘atmosphere’ = saliency without visual consciousness • Dual system for conscious vision and saliency. PART 2 1. Active vision 1-1. Bayesian surprise • How to evaluate what is salient in an image in term of temporal changes? => Bayesian surprise • Bayesian surprise measures how much your belief changed by the data. • Bayesian surprise is defined as the difference between prior and posterior. =>KL divergence • Surprise is better predictor than saliency 1-2. Predictive brain • ヘルムホルツ的視覚観 • ニューロンは特徴検出器(フィルタ,template)であ るという考え • でもニューロンの応答はすぐ adapt する。=> サプ ライズ検出器なんじゃないか? • Feed-forward prediction error = Bayesian Surprise = Attention • Backward prediction = Internal model = Conscious perception 1-3 Friston’s free energy principle • An organism is able to minimize the free energy by reducing bayesian surprise (internal state) or by changing sensation (action) 15 . • Active inference = interplay between action and sensation = sensorimotor contingency 2. Enactive view 2-1. Sensorimotor contingency theory • Standard view: Seeing is making an internal representation
  3. 3. • New view: Seeing is knowing about things to do 16 • Alva Noe のエナクション説 17 :対象に向かって近 づくと対象の姿が大きくなる。私たちはこのような sensorimotor dependence に精通している。私たち の知覚能力は、この種の感覚-運動的知識を持って いるということによってはじめて成り立つ。 2-2. Brain or environment, which determines conscious experience? • Hurley and Noë’s argument 18 : Based on Enactive view, sensorimotor contingency, rather than brain region, is the determinant of conscious experience. • This is empirically testable. sensory input ? (=> Externalism, enactivism) or brain activity? (=> Internalism) • Phantom limb: the case for brain activity • Inverted glass: the case for sensory input 19 • Which occurs in blindsight? • Internalist view: ‘Feeling of something happening’ is a result of SC activity but it is overridden by ‘redness of red’ in normal subjects. After V1 lesion, it was unmasked. • Enactive view: ‘Feeling of something happening’ can be a kind of conscious experience accompanied by functional recovery and expanded availability of sensorimotor skill. • 盲視の例は externalist 説を支持しているのではな いか? 3. Let’s combine everything Dorsal: ‘Feeling-of-something-happening’ is shaped by sensorimotor contingency. Decision is not consciousness. Evidence accumulation and action are the same in term of “active inference”. Ventral: Conscious experience emerges as an internal model in predictive coding. Bottom up attention (or surprise) and consciousness is the same when they have no prediction error. 4. Hetero-phenomenology (ヘテロ現象学) • 火星から来た科学者(哲学的ゾンビ)が地球人の「意 識経験」について調査しているとする。 • 火星人は行動データ、生理データを集める。 • 行動データのうち、言語報告やボタン押しについて は信念や意図を表しているものとして解釈する (志向的態度) 20 。 • 火星人はこれらのデータから、地球人の意識経験を フィクションとして再構成する。 • この方法は科学の厳密さを失うことを最小限にし た、意識の三人称的研究法であると言える。 21 • そしてこれこそが現在の実験心理学、認知神経科学 が行っていることそのものである。 • 両眼視野闘争の例 4 (a) 「顔を見たという意識経験そのもの」 (b) その意識経験を持ったという信念 (c) その信念を表出するために「顔ボタン」を選ぶ (d) 「顔ボタン」を押す • ヘテロ現象学では(d)という一次データを解釈する ことで(b)という信念に到達する (志向姿勢)。 • 意識の科学はどうやって(b)という信念が生まれた かを解明する。 • (a)そのものは問わない。(a)はフィクションとして (b)から再構成される。 • 「意識の「一人称的」科学は崩壊して、けっきょく は、ヘテロ現象学になるか、あるいは、最初の前提 に含まれる容認できない先入観を露呈するかのど ちらかであろう。」 • この帰結として、ヘテロ現象学での意識の科学は哲 学的ゾンビにとっての意識の科学となる。 5. Neurophenomenology (神経現象学) • 意識経験を一人称的かつ誰でも同意できる形で説 明するにはどうすればよいか? • 「経験の構造についての現象学的説明」と「認知科 学におけるその対応物」とは相互に拘束条件を与え ることで関係し合う。(=>相関よりも強い関係) 22 • 神経現象学の実践例:てんかん性発作における「オ ーラ」経験 23 • てんかん性発作が始まる直前に起こる経験:デジャ ヴ、思考促迫、離人症 1) 神経生物学的な基盤:脳波(EEG)を計測しながら ビデオ撮影をすることで、EEG データのうちオーラ 経験の起こった時期を同定した。 2) 主に非線形力学に基づいた形式的な描写:複数の 発作エピソードから、脳波 EEG の典型的な時間発 展のパターンを見いだした。 3) 現象学的還元の元での「生きられた経験」の性質 • 現象学的還元:「主観と客観」の二元論のような形 而上学をいったん脇に置いて経験の構造を反省的 に捉えること=> 現象学的方法は内観主義ではない • 現象学的還元を目指したインタビュー 24 1) てんかん発作前の意識経験について記憶が新し いエピソードを選ぶ。 2) Intimacy: どういう知覚的な経験をしていたかを 説明してもらうことでその経験を再経験してもら う。 3) Reduction: そのときの内的過程について目を向 けてもらう。例:「肺が縮む感じがしたので発作の 前兆が来たと思いました」 • Training: インタビューを繰り返すことで記述を安 定させる 面接者と患者との間で相互に誠実な関係 を築く 患者自身にも積極的に共同研究者となって もらう • Invariants: 複数(の参加者)のインタビューから共 通項を抽出する 1) Arousal - 発作時には意識を失う 2) Attention - オーラ経験時には注意が外に向か なくなる
  4. 4. 3) Self-awareness - オーラ経験時には注意が内面 に向かう • 点と点の対応だけではなくて、場の形の対応もある。 => 位相同型である • でもこれって精緻な内観報告に過ぎないのでは? 現象学が言うような「経験の構造」を取り出してい ないのでは? 5. 盲視で神経現象学をするには • 盲視の場合だったら、「意識的視覚」と「なにかあ るかんじ」の違いではなくて、このふたつの構造的 関係を見いだすのが現象学だろう。 • ではこのふたつの構造的関係とはどういうもので あろうか? • ザハヴィは現象的意識の構成的特徴として「前反省 的自己意識」が不可欠であると書く 25 。 • 前反省的自己意識:経験的現象が現象学的な意味で の反省を経る前から直接的一人称的に与えられて いるということ • 「なにかあるかんじ」(=「視覚の現前性」)とは無 意識の過程ではなくて、「視覚的意識」(=「意識の 内容」)を図とするならば、それに対する地の関係 として意識経験を構成するものなのかもしれない。 • 機能回復過程の現象的状態を観察し、脳と行動と環 境とをすべて記録し、機能回復のダイナミクスを特 徴づけてゆけば、盲視における意識経験を神経現象 学的に解明していけるのではないか? • 盲視を含む脳損傷の患者がどのような経験を持っ ているのかという知見は意識の研究にとって非常 に重要な一次データ。 • 患者自身が自分の経験を構造立てて捉えるために は現象学的還元のような視点変化の訓練が必要。 • ここで「当事者研究」を参考に出来るのではないか? 6. 当事者研究から学ぶ • 当事者研究とは:日常実践の中で問題を抱えた個人 が、そんな自分の苦労を客観視しながら仲間に語り、 仲間と共にその苦労が発生する規則性についての 仮説を考え、対処法を実験的に探りながら検証して ゆく(綾屋 紗月, 熊谷 晋一郎 (2010) つながりの作法―同じ でもなく 違うでもなく, 日本放送出版協会 p.124) 。 • これって力学系的な考えだ:繰り返される現象を相 空間で表現する - 介入や環境や過去の影響によっ てその軌道が変化するのを観察する - 制御法を見 つけ出す • 力学系的手法は幼児の発達や運動制御などの場面 ではダイナミカルシステム理論という名で活用さ れている。 • 神経現象学を正しく実践すると当事者研究を拡張 したものとなるのかもしれない。 References 1. Searle, J. R. How to study consciousness scientifically. Philos. Trans. R. Soc. Lond., B, Biol. Sci. 353, 1935–1942 (1998). 2. Quiroga, R. Q., Reddy, L., Kreiman, G., Koch, C. & Fried, I. Invariant visual representation by single neurons in the human brain. Nature 435, 1102–1107 (2005). 3. Sheinberg, D. L. & Logothetis, N. K. The role of temporal cortical areas in perceptual organization. Proc Natl Acad Sci USA 94, 3408–3413 (1997). 4. Tong, F. F., Nakayama, K. K., Vaughan, J. T. J. & Kanwisher, N. N. Binocular rivalry and visual awareness in human extrastriate cortex. Neuron 21, 753–759 (1998). 5. Goodale, M. A. & Westwood, D. A. An evolving view of duplex vision: separate but interacting cortical pathways for perception and action. Current Opinion in Neurobiology 14, 203–211 (2004). 6. Perenin, M. T. & Vighetto, A. Optic ataxia: a specific disruption in visuomotor mechanisms. I. Different aspects of the deficit in reaching for objects. Brain 111 ( Pt 3), 643–674 (1988). 7. Goodale, M. A., Milner, A. D., Jakobson, L. S. & Carey, D. P. A neurological dissociation between perceiving objects and grasping them. Nature 349, 154–156 (1991). 8. Milner, A. D. et al. Perception and action in 'visual form agnosia'. Brain 114 ( Pt 1B), 405–428 (1991). 9. Milner, D. A. & Goodale, M. A. The Visual Brain in Action. (Oxford University Press, 2006). 10. Cowey, A. & Stoerig, P. Blindsight in monkeys. Nature 373, 247–249 (1995). 11. Weiskrantz, L., Barbur, J. L. & Sahraie, A. Parameters affecting conscious versus unconscious visual discrimination with damage to the visual cortex (V1). Proc Natl Acad Sci USA 92, 6122–6126 (1995). 12. Yoshida, M., Takaura, K., Kato, R., Ikeda, T. & Isa, T. Striate Cortical Lesions Affect Deliberate Decision and Control of Saccade: Implication for Blindsight. J Neurosci 28, 10517–10530 (2008). 13. Itti, L. & Koch, C. Computational modelling of visual attention. Nat Rev Neurosci 2, 194–203 (2001). 14. Yoshida, M. et al. Residual attention guidance in blindsight monkeys watching complex natural scenes. Current Biology 22, 1429–1434 (2012). 15. Friston, K. The free-energy principle: a unified brain theory? Nat Rev Neurosci 11, 127–138 (2010). 16. O'Regan, J. K. & Noë, A. A sensorimotor account of vision and visual consciousness. Behav Brain Sci 24, 939–73– discussion 973–1031 (2001). 17. Noë, A. Action In Perception. (MIT Press, 2004). 18. Hurley, S. & Noë, A. Neural Plasticity and Consciousness. Biology and Philosophy 18, 131–168 (2003). 19. Sugita, Y. Y. Global plasticity in adult visual cortex following reversal of visual input. Nature 380, 523–526 (1996). 20. Dennett, D. C. Sweet Dreams. (MIT Press, 2005). 21. Dennett, D. C. Consciousness Explained. (Penguin UK, 1993). 22. Varela, F. J. Neurophenomenology: a methodological remedy for the hard problem. Journal of Consciousness Studies 3, 330–349 (1996). 23. Le Van Quyen, M. in Enaction: Toward a new paradigm for cognitive science (Stewart, J., Gapenne, O. & Di Paolo, E. A.) 245–266, (The MIT Press, 2010). 24. Petitmengin, C. in Handbook of Phenomenology and Cognitive Science (Schmicking, D. & Gallagher, S.) 471–499 (Springer, 2010). 25. Zahavi, D. & Parnas, J. Phenomenal consciousness and self-awareness: a phenomenological critique of representational theory. Journal of Consciousness Studies 5, 687–705 (1998).

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