آگاهی و مغز؛ مغز چگونه افکار را رمزگذاری می‌کند؛ استانیسلاس دهانه؛ نظریه پردازی درباره آگاهی

مغز بی‌قرار

The Restless Brain

می‌گویم شما را: انسان باید هنوز آشوبی (chaos) در درون خویش داشته باشد تا توان زادنِ یک ستاره رقصان (dancing star) را بیابد. می‌گویم شما را: این بی‌نظمی (disorder) همچنان در درون تو باقی است.

– فردریش نیچه، چنین گفت زرتشت (۱۸۸۳–۱۸۸۵)

پدیده شگفت‌انگیز دیگری نیز در شبیه‌سازی ما نمایان شد: فعالیت خودانگیخته نورونی (spontaneous neuronal activity). ضرورتی نداشت که شبکه را به طور مداوم تحریک کنیم؛ چرا که حتی در غیاب هرگونه ورودی (input)، نورون‌ها (neurons) به شکلی خودجوش شلیک می‌کردند. این شلیک‌ها عمدتاً ناشی از رویدادهای تصادفی در سیناپس‌ها (synapses) بودند و همین فعالیت آشوب‌گونه (chaotic activity) به تدریج به سوی الگویی منسجم و قابل شناسایی سازمان یافت.

در سطوح بالای پارامتر هشیاری (vigilance parameter)، الگوهای پیچیده شلیک نورونی (complex patterns of firing) به‌طور مداوم در صفحه‌نمایش‌های کامپیوتری ما ظاهر و ناپدید می‌شدند. در میان این الگوها، گاهی یک اشتعال سراسری (global ignition) در غیاب هرگونه محرک (stimulus) رخ می‌داد. یک مجموعه کامل از ستون‌های قشری (cortical columns) که همگی برای یک محرک خاص کدگذاری می‌کردند، به‌طور خودجوش برای لحظه‌ای کوتاه فعال شده و سپس خاموش می‌شدند. کسری از ثانیه بعد، یک انسجام عمومی (global assembly) دیگر جایگزین آن می‌شد. شبکه بدون هیچ نشانه خارجی، خود را از طریق یک سری اشتغال‌های تصادفی (random ignitions) سازمان می‌داد و تقریباً همان الگوهایی را شبیه‌سازی می‌کرد که در هنگام ادراک محرک خارجی (perception of external stimuli) در مغز رخ می‌دهند. تنها تفاوت این بود که فعالیت خودانگیخته نورونی (spontaneous neuronal activity) معمولاً از سطوح بالاتر قشر مغز (cortical levels)، در ناحیه‌های فضای کاری (workspace areas) آغاز می‌شد و به صورت نزولی به ناحیه‌های حسی (sensory regions) گسترش می‌یافت؛ حال آن‌که در ادراک، جریان فعالیت دقیقاً عکس این مسیر را طی می‌کند.

آیا چنین فعالیت‌های درون‌زاد (endogenous activity) در مغز واقعی نیز وجود دارند؟ بله. در حقیقت، فعالیت خودانگیخته و سازمان‌یافته (organized spontaneous activity) تقریباً در تمامی بخش‌های سیستم عصبی (nervous system) حضور دارد. هر کسی که تاکنون الکتروانسفالوگرافی (EEG) مشاهده کرده باشد، این نکته را درک می‌کند: دو نیمکره مغز (hemispheres)، چه در بیداری و چه در خواب، به طور مداوم امواج الکتریکی با فرکانس بالا (high-frequency electrical waves) تولید می‌کنند. این تحریک خودانگیخته (spontaneous excitation) چنان قدرتمند است که چشم‌انداز فعالیت مغز (landscape of brain activity) را تحت سلطه خود دارد. در مقایسه، فعالیت ناشی از محرک خارجی (stimulus-evoked activity) به سختی قابل تشخیص است و برای مشاهده آن معمولاً نیاز به میانگین‌گیری‌های متعدد است. چنین فعالیتی تنها بخش کوچکی از کل انرژی مصرفی مغز (total energy consumed by the brain) را شامل می‌شود، احتمالاً کمتر از ۵ درصد. به این ترتیب، سیستم عصبی (nervous system) عمدتاً به‌عنوان یک دستگاه خودمختار (autonomous device) عمل می‌کند که الگوهای فکری (thought patterns) خود را تولید می‌نماید. حتی در تاریکی کامل، زمانی که ما استراحت می‌کنیم و «به هیچ چیز نمی‌اندیشیم»، مغز به طور پیوسته و پیچیده آرایه‌های در حال تغییر نورونی (complex and ceaselessly changing arrays of neuronal activity) را تولید می‌کند.

الگوهای خودانگیخته و سازمان‌یافته فعالیت قشری (organized patterns of spontaneous cortical activity) برای نخستین بار در حیوانات مشاهده شد. آمیرام گرین‌والد (Amiram Grinvald) و همکارانش در موسسه وایزمن (Weizmann Institute) با استفاده از رنگدانه‌های حساس به ولتاژ (voltage-sensitive dyes) که ولتاژهای نامرئی (invisible voltages) را به تغییرات مرئی در بازتاب نور (visible changes in light reflectance) تبدیل می‌کنند، فعالیت الکتریکی یک بخش وسیع قشر مغز (large patch of cortex) را برای مدت طولانی ثبت کردند. شگفت‌آور آن که حتی در شرایطی که حیوان بیهوش (anesthetized) بود، الگوهای پیچیده (complex patterns) در قشر ظاهر می‌شدند. در تاریکی مطلق و بدون هیچگونه محرک (stimulation)، یک نورون بینایی (visual neuron) ناگهان با نرخ بالایی شروع به شلیک می‌کرد. اما این نورون تنها نبود: تصویربرداری (imaging) نشان داد که همزمان، یک انسجام نورونی بزرگ (whole assembly of neurons) نیز به‌طور خودانگیخته فعال شده بود.

پدیده‌ای مشابه در مغز انسان (human brain) نیز مشاهده می‌شود. تصاویر فعال‌سازی مغزی (images of brain activation) در طول استراحت مطلق (quiet rest) نشان می‌دهند که مغز انسان، به دور از سکوت، الگوهای فعالیت قشری در حال تغییر (constantly changing patterns of cortical activity) را به‌طور پیوسته ایجاد می‌کند. شبکه‌های سراسری (global networks)، که اغلب در دو نیمکره مغز (hemispheres) توزیع شده‌اند، در افراد مختلف به شکل مشابهی فعال می‌شوند. برخی از این شبکه‌ها با الگوهای برانگیخته توسط محرک خارجی (patterns evoked by external stimulation) تطابق نزدیکی دارند. برای مثال، یک زیرمجموعه بزرگ از مدار زبان (subset of the language circuit) هنگام گوش دادن به یک داستان فعال می‌شود، اما همین مدار نیز در تاریکی و استراحت مطلق (darkness and quiet rest) به طور خودانگیخته (spontaneously) شلیک می‌کند؛ امری که از نظریه زبان درونی (internal speech) پشتیبانی می‌کند.

معنای این فعالیت‌های خودانگیخته در حالت استراحت (resting-state spontaneous activity) هنوز میان عصب‌پژوهان (neuroscientists) محل بحث و اختلاف است. احتمالاً بخشی از این فعالیت‌ها نشان می‌دهد که تخلیه تصادفی نورون‌ها (random discharges of the brain) از مسیرهای موجود اتصالات آناتومیک شبکه‌ای (network of anatomical connections) پیروی می‌کند. اما این فعالیت‌ها در چه شرایطی مشاهده می‌شوند؟ در واقع، بخشی از فعال‌سازی‌های همبسته (correlated activation) حتی در خواب (sleep)، تحت بیهوشی (anesthesia) یا در بیماران ناآگاه (unconscious patients) باقی می‌ماند. با این حال، در افراد بیدار و با توجه (awake and attentive participants)، بخش دیگری از این فعالیت‌ها به‌طور مستقیم نشانگر جریان جاری افکار فرد (ongoing thoughts of the subject) است. برای مثال، یکی از شبکه‌های فعال در حالت استراحت، معروف به شبکه حالت پیش‌فرض (default-mode network)، هرگاه که درباره وضعیت شخصی خود (personal situation) تأمل می‌کنیم، خاطرات شرح حال (autobiographical memories) را بازیابی می‌کنیم یا افکار خود را با دیگران مقایسه می‌کنیم (compare our thoughts with those of others) فعال می‌شود. زمانی که افراد در اسکنر مغزی (scanner) قرار می‌گیرند و صبر می‌کنیم تا مغزشان به این حالت پیش‌فرض برسد قبل از اینکه از آن‌ها بپرسیم به چه می‌اندیشند، گزارش می‌دهند که ذهنشان در افکار و خاطرات شخصی (own thoughts and memories) سرگردان بوده است—بیشتر از زمانی که در دیگر شرایط مورد پرسش قرار می‌گیرند. بنابراین، شبکه خاصی که به‌طور خودانگیخته (spontaneously) فعال می‌شود، حداقل تا حدی وضعیت ذهنی فرد (mental state of the person) را پیش‌بینی می‌کند.

به طور خلاصه، تخلیه بی‌وقفه نورونی (ceaseless neuronal discharges) سازنده افکار درونی ما (ruminating thoughts) است. افزون بر این، این جریان درونی (internal stream) با جهان خارجی (external world) در رقابت است. در لحظاتی که فعالیت شبکه حالت پیش‌فرض (default-mode activity) بالا است، ارائه محرک غیرمنتظره (unexpected stimulus) مانند یک تصویر دیگر همان موج مغزی P3 (P3 brain wave) بزرگ را ایجاد نمی‌کند، همان‌گونه که در فردی با توجه کامل رخ می‌دهد. حالت‌های درون‌زاد آگاهی (endogenous states of consciousness) توانایی ما برای درک رویدادهای خارجی (awareness of external events) را تحت تأثیر قرار می‌دهند. فعالیت خودانگیخته نورونی (spontaneous brain activity) به فضای کار سراسری (global workspace) نفوذ می‌کند و اگر توجه ما را به خود جلب کند، می‌تواند دسترسی به محرک‌های دیگر (access to other stimuli) را برای مدت طولانی محدود کند. ما نوعی از این پدیده را در فصل اول با عنوان «کوری ناشی از بی‌توجهی (inattentional blindness)» مشاهده کردیم.

من و همکارانم از مشاهده اینکه فعالیت خودانگیخته نورونی (endogenous neuronal activity) در شبیه‌سازی کامپیوتری (computer simulation) ما نیز ظاهر شد، بسیار خوشحال شدیم. این تلاش‌های خودجوش (bouts of spontaneous ignition) دقیقاً جلوی چشم ما رخ می‌داد و به نظر می‌رسید که هرگاه پارامتر هشیاری شبیه‌سازی (simulation’s vigilance parameter) بالا باشد، این فعالیت‌ها انسجام عمومی (globally coherent) بیشتری پیدا می‌کنند. نکته مهم این بود که در طول این حالت، اگر شبکه را با یک ورودی خارجی (external input) تحریک می‌کردیم—حتی ورودی‌ای که فراتر از آستانه اشتعال (ignition threshold) معمول بود—روند فعالیت به سمت اشتعال سراسری (global ignition) متوقف می‌شد. به عبارت دیگر، فعالیت درونی (internal activity) با رانش‌های خارجی (external drives) در حال رقابت بود. به این ترتیب، شبیه‌سازی ما قادر بود پدیده‌های کوری ناشی از بی‌توجهی (inattentional blindness) و غیبت توجه (attentional blink) را تقلید کند—دو پدیده‌ای که آشکار می‌کنند مغز در یک زمان قادر به توجه همزمان به دو موضوع نیست.

فعالیت خودانگیخته نورونی (spontaneous activity) همچنین توضیح می‌دهد که چرا یک محرک ورودی مشابه (incoming stimulus) گاهی به اشتعال سراسری (full-blown ignition) منجر می‌شود و گاهی تنها موجب فعالیت جزئی (trickle of activity) می‌گردد. همه چیز به این بستگی دارد که آیا الگوی پر سروصدا فعال‌سازی پیش از محرک (noisy pattern of activation prior to the stimulus) با سلسله اسپایک‌های ورودی (incoming train of spikes) هم‌تراز است یا با آن ناسازگار. در شبیه‌سازی ما (simulation)، همانند مغز انسان زنده (living human brain)، نوسانات تصادفی فعالیت (random fluctuations in activity) بر ادراک محرک ضعیف خارجی (perception of a faint external stimulus) تأثیر می‌گذارند و آن را جهت می‌دهند.

داروین در مغز

Darwin in the Brain

فعالیت خودانگیخته نورونی (spontaneous activity) یکی از ویژگی‌های نادیده گرفته شده مدل فضای کار سراسری (global workspace model) است، لیکن به شخصه آن را یکی از اصلی‌ترین و مهم‌ترین مشخصه‌ها (most original and important traits) این مدل می‌دانم. هنوز بسیاری از عصب‌پژوهان (neuroscientists) به ایده منسوخ قوس رفلکس (reflex arc) به‌عنوان مدل بنیادی مغز انسان پایبندند. این ایده که تاریخچه آن به رنه دکارت (René Descartes)، چارلز شرینگتون (Charles Sherrington) و ایوان پاولف (Ivan Pavlov) بازمی‌گردد، مغز را به‌عنوان یک دستگاه ورودی-خروجی (input-output device) تصور می‌کند که صرفاً داده‌های حسی (sensory data) را به عضلات (muscles) منتقل می‌کند، همان‌طور که در طرح معروف دکارت از چگونگی فرمان‌دهی چشم به بازو (eye commands the arm) دیده می‌شود (شکل ۲). ما اکنون می‌دانیم که این دیدگاه به‌طور بنیادین اشتباه است. خودمختاری (autonomy) مشخصه اصلی هر سیستم عصبی (nervous system) است. فعالیت ذاتی نورون‌ها (intrinsic neuronal activity) غالب بر تحریک‌های خارجی (external excitation) است. در نتیجه، مغز هرگز به‌طور منفعل با محیط تعامل ندارد، بلکه الگوهای تصادفی نورونی (stochastic patterns of activity) خود را تولید می‌کند. در طول رشد مغز (brain development)، الگوهای مرتبط (relevant patterns) حفظ می‌شوند، در حالی که الگوهای نامناسب (inappropriate patterns) به تدریج حذف می‌شوند. این الگوریتم خلاقانه (joyfully creative algorithm)، که به ویژه در کودکان کم‌سن (young children) آشکار است، افکار ما را تحت یک فرآیند انتخاب داروینی (Darwinian selection process) قرار می‌دهد.

این نکته در دیدگاه ویلیام جیمز (William James) از ارگانیسم (organism) نیز نمود دارد. او به‌صورت پرسشی و فصیح می‌پرسد: «چرا نگوییم همان‌گونه که نخاع (spinal cord) ماشینی با چند رفلکس محدود (few reflexes) است، نیمکره‌ها (hemispheres) نیز ماشین‌هایی با تعداد زیادی رفلکس هستند و این تنها تفاوت میان آن‌هاست؟» جیمز در پاسخ می‌گوید: «زیرا مدار تکامل‌یافته مغز (evolved circuitry of the brain) به‌عنوان یک ارگان (organ) عمل می‌کند که حالت طبیعی آن تعادل ناپایدار (unstable equilibrium) است، و این اجازه می‌دهد تا دارنده آن (possessor) رفتار خود را نسبت به کوچک‌ترین تغییرات محیط پیرامون (environing circumstances) تطبیق دهد.»

ماهیت اصلی (crux) این توانایی (faculty) در تحریک‌پذیری سلول‌های عصبی (excitability of nerve cells / neurons) نهفته است. نورون‌ها در مراحل اولیه تکامل (evolution)، توانایی خودفعال‌سازی و تخلیه خودانگیخته اسپایک (self-activation and spontaneous spike discharge) را کسب کردند. این تحریک‌پذیری (excitability) با فیلتر شدن و تقویت شدن توسط مدارهای مغزی (brain circuits) به رفتار هدفمند اکتشافی (purposeful exploratory behavior) تبدیل می‌شود. هر حیوان محیط اطراف خود را به طور تا حدی تصادفی (partially random) کشف می‌کند، به لطف وجود الگوسازهای مرکزی سلسله‌مراتبی (hierarchically organized “central pattern generators”)—شبکه‌های نورونی که فعالیت خودانگیخته آن‌ها (spontaneous activity) موجب ایجاد حرکات ریتمیک راه رفتن یا شنا کردن (rhythmic walking or swimming movements) می‌شود.

من معتقدم که در مغز نخستی‌ها (primate brain) و احتمالاً در بسیاری از گونه‌های دیگر، روندی مشابه درون مغز، در سطحی کاملاً شناختی (cognitive level) رخ می‌دهد. فضای کار سراسری (global workspace) حتی در غیاب محرک خارجی (external stimulation) با ایجاد الگوهای متغیر فعالیت (fluctuating patterns of activity) به ما اجازه می‌دهد که برنامه‌های جدید (new plans) بسازیم، آن‌ها را آزمایش کنیم و در صورت ناکارآمد بودن، آن‌ها را به‌دلخواه تغییر دهیم (change them at will).

یک فرآیند داروینی (Darwinian process) شامل تنوع (variation) و انتخاب (selection) در درون سیستم فضای کار سراسری (global workspace system) رخ می‌دهد. فعالیت خودانگیخته نورونی (spontaneous activity) به‌مثابه یک «سازنده تنوع» (generator of diversity) عمل می‌کند که الگوهای آن (its patterns) توسط ارزیابی مغز از پاداش‌های آینده (brain’s evaluation of future rewards) شکل می‌گیرند. شبکه‌های نورونی مجهز به این قابلیت می‌توانند بسیار قدرتمند باشند. در شبیه‌سازی‌های کامپیوتری (computer simulations)، من و ژان پیر شانژو (Jean-Pierre Changeux) نشان دادیم که این شبکه‌ها قادرند مسائل پیچیده و تمرین‌های ذهنی (mind teasers) مانند مسئله کلاسیک برج لندن (Tower of London problem) را حل کنند. منطق یادگیری از طریق انتخاب (learning by selection)، زمانی که با قواعد یادگیری سیناپسی کلاسیک (classical synaptic learning rules) ترکیب شود، یک معماری مقاوم (robust architecture) ایجاد می‌کند که قادر است از اشتباهات گذشته (mistakes) درس بگیرد و قواعد انتزاعی پشت یک مسئله (abstract rules behind a problem) را استخراج کند.

هر چند اصطلاح «سازنده تنوع» (Generator of Diversity) را می‌توان به اختصار GoD نوشت، اما هیچ نکته معجزه‌آسا (magical) پشت فعالیت خودانگیخته نورونی (spontaneous activity) وجود ندارد و قطعاً به معنای تأثیر دوگانه ذهن بر ماده (dualistic action of mind on matter) نیست. تحریک‌پذیری (excitability) یک خاصیت طبیعی و فیزیکی سلول‌های عصبی (natural, physical property of nerve cells / neurons) است. در هر نورون، پتانسیل غشا (membrane potential) دستخوش نوسانات بی‌وقفه ولتاژ (ceaseless fluctuations in voltage) می‌شود. بخش عمده این نوسانات ناشی از ترشح تصادفی وزیکول‌های نوروترانسمیتر (random release of vesicles of neurotransmitters) در برخی سیناپس‌های نورون (neuron’s synapses) است. در نهایت، این تصادفی بودن (randomness) از نویز حرارتی (thermal noise) ناشی می‌شود که مولکول‌های ما را مدام به این سو و آن سو می‌برد. ممکن است تصور شود که تکامل (evolution) باید اثر این نویز را به حداقل برساند، همان‌طور که مهندسان (engineers) در چیپ‌های دیجیتال (digital chips) ولتاژهای صفر و یک را به گونه‌ای تعیین می‌کنند که نویز حرارتی نتواند آن‌ها را تغییر دهد. اما در مغز چنین نیست: نورون‌ها نه تنها نویز را تحمل می‌کنند (tolerate noise) بلکه آن را تقویت می‌کنند (amplify it)—احتمالاً به این دلیل که درجه‌ای از تصادف (randomness) در بسیاری از موقعیت‌ها که به دنبال راه‌حل بهینه (optimal solution) برای مسائل پیچیده هستیم، مفید است. بسیاری از الگوریتم‌ها (algorithms)، مانند زنجیره مارکوف مونت کارلو (MonteCarlo Markov chain) و تنعیم شبیه‌سازی‌شده (simulated annealing)، به یک منبع کارآمد نویز (efficient source of noise) نیاز دارند تا عملکرد بهینه داشته باشند.

هرگاه نوسانات غشای نورون (neuron’s membrane fluctuations) از یک سطح آستانه (threshold level) عبور کنند، یک اسپایک (spike) صادر می‌شود. شبیه‌سازی‌های ما (our simulations) نشان دادند که این اسپایک‌های تصادفی (random spikes) می‌توانند توسط مجموعه عظیمی از اتصالات (vast sets of connections) که نورون‌ها را به ستون‌ها (columns)، انجمن‌ها (assemblies) و مدارها (circuits) پیوند می‌دهند شکل بگیرند، تا اینکه یک الگوی فعالیت سراسری (global activity pattern) ظهور کند. آنچه به عنوان نویز محلی (local noise) آغاز می‌شود، در نهایت به بهمنی ساختاریافته از فعالیت خودانگیخته (structured avalanche of spontaneous activity) تبدیل می‌گردد که با افکار و اهداف (covert thoughts and goals) ما مطابقت دارد. شایسته است که بدانیم «جریان آگاهی» (stream of consciousness)—یعنی **واژه‌ها و تصاویر (words and images)**ی که مدام در ذهن ما ظاهر می‌شوند و بافت زندگی ذهنی ما (texture of our mental life) را می‌سازند—سرمنشأ نهایی خود را در اسپایک‌های تصادفی (random spikes) می‌یابد، که توسط تریلیون‌ها سیناپس (trillions of synapses) ایجاد شده‌اند و در طول بلوغ و آموزش (lifelong maturation and education) ما شکل گرفته‌اند. 

فهرستی از فرایندهای ناآگاه

A Catalog of the Unconscious

در سال‌های اخیر، نظریه فضای کار سراسری (Global Workspace Theory) به ابزاری کلیدی برای تفسیر یافته‌های تجربی بدل شده و مانند منشوری است که از طریق آن می‌توان دوباره به مشاهدات علمی نگریست. یکی از موفقیت‌های برجسته این نظریه، روشن‌سازی انواع مختلف فرآیندهای ناآگاه (unconscious processes) در مغز انسان (human brain) بوده است. همان‌طور که کارل لینه (Carl Linnaeus)، دانشمند سوئدی قرن هجدهم، موفق شد «رده‌بندی (taxonomy)» تمامی گونه‌های زنده را – یعنی سازمان‌دهی گیاهان و جانوران به انواع و زیرانواع مختلف – ارائه دهد، اکنون ما نیز می‌توانیم گامی در جهت ارائه یک رده‌بندی برای فرآیندهای ناآگاه (unconscious processes) برداریم.

پیام اصلی فصل ۲ (Main Message from Chapter 2) را به یاد بیاورید که بیشتر عملیات مغز (brain’s operations) در سطح ناخودآگاه (unconscious) رخ می‌دهند. ما نسبت به اغلب کارها و دانسته‌های خود آگاه نیستیم؛ از تنفس (respiration) گرفته تا کنترل وضعیت بدن (posture control)، از بینایی سطح پایین (low-level vision) تا حرکات ظریف دست (fine hand movements)، از آمار حروف (letter statistics) تا قواعد دستوری (grammatical rules). حتی در پدیده‌ای مانند کوری بی‌توجهی (inattentional blindness) ممکن است از حضور نوجوانی که لباس گوریل پوشیده و با مشت به سینه‌اش می‌کوبد غافل شویم. این پردازشگرهای ناآگاهانه (unconscious processors)، بی‌شمار و پرجنب‌وجوش، بافت وجود ما و نحوه رفتارمان را شکل می‌دهند و می‌بافند.

نظریه فضای کار سراسری (Global Workspace Theory)  به ما کمک می‌کند تا کمی نظم به این جنگل پرآشوب (jungle) ببخشیم و دستاوردهای ناخودآگاه (unconscious feats) خود را در دسته‌بندی‌های مشخصی قرار دهیم، هر یک با مکانیسم‌های مغزی (brain mechanisms) کاملاً متفاوت (شکل ۲۸). ابتدا بیایید بررسی کنیم در پدیده کوری بی‌توجهی (inattentional blindness) چه رخ می‌دهد. در این حالت، یک محرک دیداری (visual stimulus) به‌مراتب بالاتر از آستانه ادراک آگاهانه (threshold for conscious perception) ارائه می‌شود، اما ما آن را متوجه نمی‌شویم، زیرا ذهن‌مان کاملاً بر روی وظیفه‌ای دیگر متمرکز است. من این کلمات را در خانه مادری همسرم (wife’s birth home)، یک خانه روستایی قرن هفدهم (seventeenth-century farmhouse)، می‌نویسم؛ جایی که اتاق نشیمن جذابش میزبان یک ساعت ایستاده قدیمی (long-case grandfather clock) است. آونگ (pendulum) درست مقابل من حرکت می‌کند و به سادگی صدای تیک تاک ساعت (ticking) را می‌شنوم. اما هر بار که روی نوشتن تمرکز می‌کنم، این صدای ریتمیک از جهان ذهنی (mental world) من محو می‌شود؛ یعنی بی‌توجهی مانع از آگاهی (awareness) نسبت به محرک صوتی می‌شود.

شکل ۲۸. دانش (Knowledge) ممکن است به دلایل مختلفی در سطح ناآگاه (unconscious) باقی بماند. در هر لحظه، تنها یک اندیشه (thought) قادر است فضای کاری (workspace) را روشن کند. سایر محرک‌ها یا ابژه‌ها (objects) موفق به ورود به آگاهی (consciousness) نمی‌شوند، یا به این دلیل که مورد توجه قرار نمی‌گیرند و بنابراین از ورود به فضای کاری (workspace) محروم می‌شوند (پیش‌آگاهانه (preconscious))، یا به این دلیل که قدرت کافی برای ایجاد یک فوران فعالیت عصبی (avalanche of activation) کامل تا سطح فضای کاری (workspace level) ندارند (زیرآستانه‌ای (subliminal)). ما همچنین نسبت به اطلاعاتی که در پردازنده‌های (processors) جدا از فضای کاری (workspace) رمزگذاری شده‌اند، آگاه نیستیم. در نهایت، حجم عظیمی از اطلاعات ناآگاهانه (unconscious information) در اتصالات مغزی (brain connections) و الگوهای ریز فعالیت مغزی (micropatterns of brain activity) ما حضور دارند. 
من و همکارانم در کاتالوگ فرآیندهای ناآگاه پیشنهاد کرده‌ایم که این نوع اطلاعات ناآگاهانه را با صفت پیش‌آگاه (preconscious) نام‌گذاری کنیم. این اطلاعات مانند آگاهی معطل (consciousness-in-waiting) هستند: داده‌هایی که از قبل توسط یک گروه فعال از نورون‌های (neurons) در حال شلیک رمزگذاری (encoded) شده‌اند و بنابراین می‌توانند در هر لحظه آگاهانه شوند، اگر تنها مورد توجه قرار گیرند—اما هنوز این اتفاق نیفتاده است. در واقع، ما این واژه را از زیگموند فروید (Sigmund Freud) وام گرفته‌ایم. او در کتاب خود طرحی از روانکاوی (Outline of Psychoanalysis) اشاره می‌کند که «برخی فرآیندها… ممکن است از حالت آگاهانه خارج شوند، اما می‌توانند بدون هیچ مشکلی دوباره به آگاهانه بازگردند… هر چیزی ناآگاهانه که چنین رفتاری دارد و به‌راحتی می‌تواند وضعیت ناآگاهانه خود را به وضعیت آگاهانه تبدیل کند، بنابراین بهتر است به آن «قادر به ورود به آگاهی» (capable of entering consciousness) یا «پیش‌آگاه (preconscious) گفته شود.»

شبیه‌سازی‌های فضای کار سراسری (global workspace) به سازوکار نورونی محتملی برای حالت پیش‌آگاه (preconscious state) اشاره دارند. وقتی یک محرک (stimulus) وارد شبیه‌سازی می‌شود، فعال‌سازی (activation) آن منتشر شده و در نهایت فضای کار سراسری (global workspace) را مشتعل می‌کند. این بازنمایی آگاهانه (conscious representation) در کنار خود یک مهار منتشر (fringe of surrounding inhibition / diffuse inhibition) ایجاد می‌کند که مانع از ورود همزمان محرک دوم می‌شود. این رقابت مرکزی اجتناب‌ناپذیر است. پیش‌تر اشاره شد که یک بازنمایی آگاهانه (conscious representation) نه تنها با آنچه هست، بلکه با آنچه نیست نیز تعریف می‌شود. بر اساس فرضیه ما، برخی نورون‌های (neurons) موجود در فضای کار (workspace neurons) باید به‌طور فعال مهار شوند تا محتوای آگاهانه جاری (current conscious content) محدود شود و مشخص گردد که چه چیزهایی آگاهانه نیستند. این مهار منتشر (diffuse inhibition) یک گلوگاه (bottleneck) در مراکز بالاتر قشر (higher cortical centers of the cortex) ایجاد می‌کند. خاموشی نورونی (neuronal silencing) که بخشی اجتناب‌ناپذیر از هر حالت آگاهانه است، مانع از آن می‌شود که بتوانیم دو محرک را همزمان ببینیم یا دو کار ذهنی پرزحمت را به‌طور همزمان انجام دهیم. با این حال، این فرآیند مانع از فعال‌سازی نواحی اولیه حسی (early sensory areas) نمی‌شود؛ این نواحی همچنان، حتی زمانی که فضای کار (workspace) درگیر یک محرک خاص است، تقریباً در همان سطح معمولی به فعالیت خود ادامه می‌دهند. اطلاعات پیش‌آگاه (preconscious information) به‌طور موقت در حافظه فرار (transient memory stores) و بیرون از فضای کار سراسری (global workspace) نگه‌داری می‌شوند و اگر به آن‌ها توجه نشود، به آرامی زایل می‌شوند (decay to oblivion). برای مدت کوتاهی، این اطلاعات در حال زوال می‌توانند بازیابی شده و به آگاهی (consciousness) آورده شوند، و در این صورت ما آن‌ها را با بازنگری (in retrospect) تجربه می‌کنیم، مدت‌ها پس از وقوع.

حالت پیش‌آگاه (preconscious state) به‌شدت با نوع دوم فرآیندهای ناآگاه، یعنی حالت زیر مرزآگاهی (subliminal state) تفاوت دارد. تصویری را در نظر بگیرید که به‌قدری کوتاه یا ضعیف فلش می‌شود که ما قادر به دیدن آن نیستیم. در این شرایط، هرچقدر هم تلاش کنیم، نمی‌توانیم محرک مخفی (hidden stimulus) را درک کنیم. حتی وقتی واژه‌ای بین دو شکل هندسی ماسک شده (masked) قرار دارد، برای همیشه از دسترس آگاهی ما خارج می‌ماند. با این حال، چنین محرک زیر مرزآگاهی (subliminal stimulus) فعالیت قابل تشخیصی در نواحی دیداری (visual areas)، نواحی معنایی (semantic areas) و نواحی حرکتی (motor areas) مغز ایجاد می‌کند، اما این فعالیت (activation) آنقدر کوتاه‌مدت است که نمی‌تواند باعث اشتعال سراسری (global ignition) شود. شبیه‌سازی‌های آزمایشگاهی ما نیز این وضعیت را بازسازی می‌کنند: یک پالس کوتاه فعالیت (brief pulse of activity) در کامپیوتر ممکن است نتواند اشتعال سراسری (global ignition) ایجاد کند، زیرا زمانی که سیگنال‌های بالا به پایین (top-down signals) از نواحی بالاتر به نواحی حسی اولیه (early sensory areas) بازمی‌گردند، فعالیت اولیه (original activation) دیگر از بین رفته و جای آن را ماسک (mask) گرفته است. روان‌شناسان با طراحی محرک‌هایی که کوتاه، ضعیف یا پرآشوب هستند، به‌طور نظام‌مند مانع از اشتعال سراسری (global ignition) می‌شوند. اصطلاح زیر مرزآگاهی (subliminal) به این دسته از وضعیت‌ها اطلاق می‌شود، جایی که موج حسی (incoming sensory wave) پیش از آنکه بتواند به فضای کار سراسری (global neuronal workspace) برسد، زایل می‌شود. نکته کلیدی این است که، هرچقدر هم تلاش کنیم، یک محرک زیر مرزآگاهی (subliminal stimulus) هرگز آگاهانه نخواهد شد، در حالی که یک محرک پیش‌آگاه (preconscious stimulus) در صورت صرف زمان کافی و توجه، می‌تواند به آگاهی (consciousness) برسد. این تفاوت، پیامدهای مهمی در سطح مغز دارد.
تمایز بین حالت پیش‌آگاه (preconscious) و حالت زیر مرزآگاهی (subliminal) به معنای پایان یا بی‌اهمیت بودن دانش ناآگاهانه (unconscious knowledge) در مغز ما نیست. برای مثال، تنفس را در نظر بگیرید. در هر دقیقه از زندگی شما، الگوهای هماهنگ شلیک نورونی (harmonious patterns of neural firing) که در اعماق ساقه مغز (brain stem) ایجاد می‌شوند، به عضلات قفسه سینه (chest muscles) ارسال شده و ریتم‌های تهویه (ventilation rhythms) بدن را تنظیم می‌کنند. حلقه‌های بازخوردی هوشمند (ingenious feedback loops) این الگوها را با سطح اکسیژن و دی‌اکسید کربن خون تطبیق می‌دهند. این ماشین‌آلات نورونی پیچیده (sophisticated neuronal machinery) کاملاً ناآگاهانه عمل می‌کنند. چرا؟ زیرا فعالیت نورونی (neural firing) آن‌ها قوی و طولانی‌مدت است، بنابراین نمی‌تواند زیر مرزآگاهی (subliminal) باشد؛ اما هیچ میزان توجه نمی‌تواند آن‌ها را به آگاهی بیاورد، بنابراین پیش‌آگاه (preconscious) هم نیست. در رده‌بندی ما (taxonomy)، این حالت مربوط به سومین دسته از بازنمایی‌های ناآگاهانه (unconscious representations) است: الگوهای نامتصل (disconnected patterns). این الگوهای نورونی (firing patterns) که کنترل تنفس (control your breathing) را بر عهده دارند، در ساقه مغز (brain stem) قرار گرفته و از سیستم فضای کار سراسری (global workspace system) در قشر پیش‌پیشانی (prefrontal cortex) و قشر آهیانه‌ای (parietal cortex) جدا هستند.

برای اینکه اطلاعات در یک انجمن نورونی (neural assembly) به آگاهی (consciousness) برسد، لازم است که با نورون‌های فضای کاری (workspace neurons) در قشر پیش‌پیشانی (prefrontal cortex) و نواحی مرتبط آن ارتباط برقرار کند. داده‌های تنفسی (respiration data)، با این حال، همواره در نورون‌های ساقه مغز (brain stem neurons) محصور باقی می‌مانند. الگوهای شلیکی (firing patterns) که سطح CO₂ خون (blood CO₂) را علامت‌دهی می‌کنند، نمی‌توانند به بقیه قشر مغز (cortex) منتقل شوند و در نتیجه شما از آن‌ها آگاهی ندارید. بسیاری از مدارهای تخصصی نورونی (specialized neuronal circuits) آن‌قدر در اعماق مغز تثبیت شده‌اند که اساساً فاقد اتصالات لازم برای ورود به آگاهی هستند. جالب اینجاست که تنها راه برای وارد کردن چنین اطلاعاتی به ذهن، رمزگذاری مجدد (recoding) آن‌ها از طریق یک مدالیته حسی دیگر (sensory modality) است. به همین دلیل، ما تنها زمانی نسبت به نحوه تنفس خود (how we breathe) آگاهی پیدا می‌کنیم که به حرکات قفسه سینه (chest movements) خود توجه کنیم—و این آگاهی همیشه به صورت غیرمستقیم است.

هرچند همه ما احساس می‌کنیم که کاملاً بر بدن خود مسلط هستیم، صدها سیگنال نورونی (neuronal signals) به‌طور مداوم از طریق ماژول‌های مغزی (brain modules) ما عبور می‌کنند بدون آنکه به آگاهی (consciousness) برسند، زیرا از نواحی مرتبه بالای قشر (higher-level cortical regions) جدا هستند. در برخی بیماران سکته مغزی (stroke patients)، وضعیت حتی وخیم‌تر می‌شود. آسیب به مسیرهای ماده سفید (white matter pathways) می‌تواند سیستم‌های شناختی یا حسی (sensory or cognitive systems) خاصی را از هم جدا کرده و ناگهان دسترسی آن‌ها به آگاهی (consciousness) را غیرممکن سازد. یک مورد جالب، سندروم قطع اتصال (disconnection syndrome) است که زمانی رخ می‌دهد که سکته به جسم پینه‌ای (corpus callosum)، بزرگ‌ترین بسته ارتباطی که دو نیمکره مغز را به هم متصل می‌کند، آسیب می‌رساند. بیمار مبتلا به چنین ضایعه‌ای ممکن است هر گونه آگاهی از برنامه‌های حرکتی خود (motor plan awareness) را از دست بدهد. او حتی ممکن است حرکت دست چپ (left-hand movement) خود را انکار کند و آن را تصادفی و خارج از کنترل بداند. این اتفاق به این دلیل رخ می‌دهد که فرمان حرکتی دست چپ (motor command of the left hand) از نیمکره راست (right hemisphere) صادر می‌شود، در حالی که گزارش‌های کلامی (verbal comments) توسط نیمکره چپ (left hemisphere) ارائه می‌شوند. هنگامی که این دو سیستم از هم جدا شوند، بیمار دارای دو فضای کاری (workspaces) مختل خواهد بود که هر کدام نسبت به فعالیت‌ها و برنامه‌های دیگری تا حدودی ناآگاه (partially unconscious) هستند.

با توجه به نظریه فضای کاری (workspace theory)، علاوه بر قطع اتصال (disconnection)، یک راه چهارم وجود دارد که در آن اطلاعات نورونی (neural information) می‌تواند ناآگاهانه باقی بماند: زمانی که در الگوی پیچیده‌ای از شلیک نورونی (complex pattern of firing) رقیق شود. برای مثال ملموس، یک گریتینگ دیداری (visual grating) را تصور کنید: خطوط خاکستری عمودی و افقی که به صورت موازی کنار هم قرار گرفته‌اند، به‌قدری ریز یا سریع (۵۰ هرتز و بالاتر) هستند که نمی‌توانید آن‌ها را ببینید. اگرچه شما تنها یک رنگ خاکستری یکنواخت (uniform gray) را مشاهده می‌کنید، آزمایش‌ها نشان می‌دهند که الگوی گریتینگ (grating) در مغز شما پردازش شده است، زیرا نورون‌های دیداری مشخص (distinct groups of visual neurons) برای جهت‌های مختلف خطوط شلیک می‌کنند. چرا چنین الگوی فعالیت نورونی (pattern of neuronal activity) نمی‌تواند به آگاهی (consciousness) برسد؟ احتمالاً به این دلیل است که این الگو از یک الگوی فضایی-زمانی پیچیده (tangled spatiotemporal pattern of firing) در قشر بینایی اولیه (primary visual area) استفاده می‌کند، که یک رمز نورونی (neural cipher) بسیار پیچیده است و نمی‌تواند توسط نورون‌های مرتبه بالای قشر (higher cortical neurons / global workspace neurons) به صورت صریح شناخته شود. اگرچه هنوز رمز نورونی را به‌طور کامل درک نکرده‌ایم، معتقدیم که برای رسیدن به آگاهی (consciousness)، هر قطعه اطلاعاتی ابتدا باید توسط یک انجمن فشرده از نورون‌ها (compact assembly of neurons) به صورت صریح رمزگذاری مجدد (re-encoded) شود. نواحی قدامی قشر بینایی (anterior regions of the visual cortex) باید نورون‌های خاصی را به ورودی‌های بصری معنادار (meaningful visual inputs) اختصاص دهند، تا فعالیتشان تقویت شده و باعث اشتعال فضای کاری سراسری (global workspace ignition) شود و اطلاعات به آگاهی (awareness) برسند. اگر اطلاعات صرفاً در شلیک نورون‌های نامرتبط باقی بمانند، هیچگاه نمی‌توانند به آگاهی (consciousness) راه یابند.

هر چهره‌ای که می‌بینیم و هر واژه‌ای که می‌شنویم در آغاز به شیوه‌ای کاملاً ناآگاهانه (unconscious) پردازش می‌شود؛ به‌صورت یک رشته‌ی زمانی‌ـ‌مکانی پیچیده از اسپایک‌ها (spatiotemporal train of spikes) در میلیون‌ها نورون که هرکدام تنها بخش کوچکی از کل صحنه را دریافت می‌کنند. هر یک از این الگوهای ورودی (input patterns) به‌تنهایی حامل حجم تقریباً نامتناهی‌ای از اطلاعات درباره‌ی گوینده (speaker)، پیام (message)، هیجان (emotion) و حتی ابعاد فضا (room size) است—به‌شرط آن‌که بتوانیم رمز آن را بگشاییم؛ اما نمی‌توانیم. ما تنها زمانی از این اطلاعات نهفته (latent information) آگاه می‌شویم که نواحی مرتبه‌ بالاتر مغز (higher-level brain areas) آن را به دسته‌های معنادار (meaningful bins) طبقه‌بندی کنند. این صریح‌سازی پیام (making the message explicit) یکی از کارکردهای بنیادی هرم سلسله‌مراتبی نورون‌های حسی (hierarchical pyramid of sensory neurons) است که در هر سطح، ویژگی‌های حسی را به شکلی فزاینده انتزاعی‌تر (abstract) استخراج می‌کنند. یادگیری حسی (sensory training) آگاهی ما را نسبت به محرک‌های ضعیف دیداری یا شنیداری افزایش می‌دهد، زیرا در تمام سطوح این هرم، نورون‌ها ویژگی‌های خود را بازتنظیم می‌کنند تا پیام‌های حسی (sensory messages) را تقویت کنند. پیش از یادگیری، پیام نورونی (neuronal message) در نواحی حسی حضور دارد، اما تنها به‌صورت ضمنی (implicitly) و در قالب الگوی شلیک رقیق و پراکنده‌ای (diluted firing pattern) که برای آگاهی غیرقابل‌دسترسی (inaccessible to awareness) است.

این واقعیت پیامدی شگفت‌انگیز دارد: مغز (brain) در خود سیگنال‌هایی (signals) نهفته دارد که حتی صاحب آن (its owner) از وجودشان بی‌خبر است—برای نمونه، در مورد گریتینگ‌های دیداریِ فلش‌شده (flashed visual gratings) یا نیت‌های ضعیف (faint intentions). در سال‌های اخیر، تصویربرداری مغزی (brain imaging) توانسته است نخستین گام‌ها را برای رمزگشایی این اشکال رمزی (decoding these cryptic forms) بردارد. در یکی از برنامه‌های پژوهشی ارتش ایالات متحده (U.S. military)، به مشاهده‌گرانی آموزش‌دیده، تصاویر ماهواره‌ای (satellite photos) با سرعت خیره‌کننده‌ی ده تصویر در ثانیه نمایش داده شد و هم‌زمان پتانسیل‌های مغزی (brain potentials) آنان برای یافتن هرگونه حدس ناآگاهانه (unconscious hunch) از حضور یک هواپیمای دشمن، ثبت گردید. در ژرفای ناخودآگاه ما (our unconscious) گنجینه‌ای از غنا و پیچیدگی غیرقابل تصور (unimaginable richness) نهفته است که در انتظار گشوده شدن است. در آینده، با **تقویت میکروالگوهای ضعیف (faint micropatterns)**ی که حواس (senses) آن‌ها را دریافت می‌کنند اما آگاهی (consciousness) از کنارشان می‌گذرد، رمزگشایی کامپیوتری مغز (computer-assisted brain decoding) شاید به ما شکلی دقیق و علمی از ادراک فراحسی (extrasensory perception) ببخشد—حسی برتر نسبت به پیرامون‌مان.

سرانجام، گونه‌ی پنجمی از دانش ناآگاهانه (unconscious knowledge) در دستگاه عصبی ما نهفته است؛ دانشی که به صورت اتصالات پنهان (latent connections) درون شبکه‌ی عصبی جای گرفته است. بر پایه‌ی نظریه‌ی فضای کاری (workspace theory)، ما تنها زمانی از الگوهای شلیک نورونی (neuronal firing patterns) آگاه می‌شویم که این الگوها در قالب اجتماع‌های فعال در مقیاس مغز (active brain-scale assemblies) سازمان یافته باشند. با این حال، حجم عظیمی از اطلاعات در اتصالات سیناپسیِ خاموش (quiescent synaptic connections) ما ذخیره شده است. حتی پیش از تولد، نورون‌ها (neurons) با دریافت داده‌های آماری از جهان پیرامون، اتصالات خود (connections) را بر اساس آن تطبیق می‌دهند. سیناپس‌های قشری (cortical synapses) که تعدادشان در مغز انسان به حدود صدهزار میلیارد (hundred thousand billions) می‌رسد، خاطرات نهفته‌ی تمام زندگی (dormant memories of our entire life) را در خود جای داده‌اند. هر روز میلیون‌ها سیناپس در مغز ما شکل می‌گیرند یا از میان می‌روند (are formed or destroyed)، به‌ویژه در سال‌های آغازین زندگی، زمانی که مغز بیشترین میزان انطباق با محیط (adaptation to the environment) را دارد. هر سیناپس (synapse) در خود ذره‌ای از خرد آماری (statistical wisdom) را ذخیره می‌کند—پاسخی به این پرسش که:
«احتمال شلیک نورون پیش‌سیناپسی من درست پیش از نورون پس‌سیناپسی‌ام چقدر است؟»

در سراسر مغز، قدرت این اتصالات (connection strengths) زیربنای شهودهای آموخته‌شده و ناهشیار (learned unconscious intuitions) ما را تشکیل می‌دهد. در مراحل اولیه‌ی بینایی (early vision)، اتصالات قشری (cortical connections) با گردآوری داده‌های آماری درباره‌ی چگونگی اتصال خطوط مجاور، نقشه‌ی خطوط محیطی اشیاء (object contours) را می‌سازند. در نواحی شنیداری (auditory) و حرکتی (motor areas)، این اتصالات حامل دانش پنهان ما درباره‌ی الگوهای صوتی (sound patterns) هستند. در این نواحی، سال‌ها تمرین پیانو موجب دگرگونی قابل مشاهده‌ای در چگالی ماده خاکستری (gray matter density) می‌شود؛ تغییری که احتمالاً بازتابی از دگرگونی در تراکم سیناپسی (synaptic density)، اندازه‌ی دندریت‌ها (dendritic size)، ساختار ماده سفید (white matter structure)، و فعالیت سلول‌های گلیال (glial cells) پشتیبان است. همچنین در هیپوکامپ (hippocampus) ــ ساختاری پیچ‌خورده در زیر لوب‌های گیجگاهی (temporal lobes) ــ سیناپس‌ها (synapses) حافظه‌های رویدادی (episodic memories) ما را گردآوری می‌کنند: اینکه هر رویداد در کجا، چه زمانی، و در حضور چه کسی رخ داده است.

خاطرات ما ممکن است سال‌ها در حالت خفته (dormant) باقی بمانند و محتوای آن‌ها در قالب توزیعی فشرده از خارهای سیناپسی (distribution of synaptic spines) فشرده شود. ما نمی‌توانیم به این خِرَد سیناپسی (synaptic wisdom) به‌طور مستقیم دسترسی پیدا کنیم، زیرا قالب ذخیره‌سازی آن با الگوی شلیک نورونی (neuronal firing pattern) که از افکار آگاهانه (conscious thoughts) پشتیبانی می‌کند، تفاوت دارد. برای بازیابی حافظه (memory retrieval)، باید این خاطرات را از حالت خفته به حالت فعال (active) درآوریم. در طول این فرایند، سیناپس‌ها (synapses) بازاجرای دقیقی از الگوی خاصی از شلیک‌های نورونی (neuronal firing) را برمی‌انگیزند و تنها در این حالت است که یادآوری آگاهانه (conscious recall) رخ می‌دهد. در واقع، یک حافظه آگاهانه (conscious memory) چیزی نیست جز بازسازی تقریبی همان الگوی فعال‌سازی دقیق (pattern of activation) که زمانی وجود داشته است. یافته‌های تصویربرداری مغزی (brain imaging) نشان می‌دهند که برای بازآفرینی یک رویداد خاص زندگی (specific life episode)، حافظه‌ها باید به الگوهای فعالیت نورونی صریح (explicit neuronal activity patterns) تبدیل شوند که تا قشر پیش‌پیشانی (prefrontal cortex) و نواحی سینگولیت (cingulate regions) متصل به آن گسترش می‌یابند. چنین فعال‌سازی دوباره نواحی قشری دوردست (reactivation of distant cortical areas) در جریان یادآوری آگاهانه، کاملاً با نظریه فضای کار (workspace theory) ما مطابقت دارد.

تمایز میان اتصالات نهفته (latent connections) و الگوهای شلیک فعال (active firing patterns) توضیح می‌دهد که چرا ما کاملاً از قواعد دستوری (grammatical rules) که در پردازش گفتار روزمره به کار می‌گیریم، بی‌اطلاع هستیم.

برای نمونه، در جمله‌ی «جان فکر می‌کند که او باهوش است»، آیا ضمیر «او» می‌تواند به خود جان (John) اشاره کند؟ بله.
در جمله‌ی «او فکر می‌کند جان باهوش است»، چطور؟ خیر.
و در جمله‌ی «سرعتی که او با آن مسئله را حل کرد، جان را شگفت‌زده کرد»، چطور؟ بله.

ما به‌خوبی پاسخ این پرسش‌های نحوی را می‌دانیم، اما از قواعد زیربنایی (underlying rules) که این پاسخ‌ها از آن سرچشمه می‌گیرند، آگاهی نداریم. شبکه‌های زبانی (language networks) ما برای پردازش واژه‌ها و عبارات (processing words and phrases) به‌صورت خودکار سیم‌کشی شده‌اند، اما این نقشه‌ سیم‌کشی عصبی (neural wiring diagram) ذاتاً از آگاهی (consciousness) ما پنهان است. بر اساس نظریه فضای کار سراسری (global workspace theory)، دلیل این پنهان‌بودن روشن است: این نوع دانش زبانی (linguistic knowledge) در فرم یا قالب نادرست (wrong format) برای دسترسی آگاهانه ذخیره شده است، یعنی در سطح اتصالات سیناپسی نهفته (latent synaptic connections) نه در قالب الگوهای فعال‌سازی نورونی جهانی (global neuronal activation patterns) که آگاهی را شکل می‌دهند.

قواعد دستوری (Grammar) تفاوتی بنیادین با محاسبات ریاضی (Arithmetic computations) دارند. هنگامی‌که عدد ۲۴ را در ۳۱ ضرب می‌کنیم، در بالاترین سطح آگاهی (conscious awareness) قرار داریم. ما از ماهیت و ترتیب هر گام میانی (intermediate operation) و حتی از خطاهای occasional errors خود آگاهیم؛ همه چیز در دسترس درون‌نگری (introspection) ماست. اما در مقابل، هنگام پردازش گفتار (speech processing) به‌گونه‌ای متناقض، از بیان و حتی درک فرآیندهای درونی خود عاجز (speechless) هستیم. پردازشگر نحوی (syntax processor) ما مسائلی را حل می‌کند که از لحاظ محاسباتی به‌سختی مسائل حسابی هستند، اما ما هیچ آگاهی‌ای از چگونگی حل آن‌ها نداریم. دلیل این تفاوت در نحوه‌ی سازماندهی عصبی نهفته است. محاسبات ریاضی پیچیده (complex arithmetical computations) به‌شکل گام‌به‌گام (step-by-step) انجام می‌شوند و تحت کنترل مستقیم گره‌های کلیدی (key nodes) در شبکه‌ی فضای کاری سراسری (global workspace network) شامل قشر پیش‌پیشانی (prefrontal cortex)، ناحیه‌ی سینگولیت (cingulate cortex) و ناحیه‌ی آهیانه‌ای (parietal cortex) قرار دارند. در این نوع فعالیت‌ها، توالی‌های پیچیده‌ی محاسباتی (complex computational sequences) به‌صورت صریح در الگوهای شلیک نورونی قشر پیش‌پیشانی (explicit prefrontal neuronal firing) رمزگذاری می‌شوند. نورون‌های منفرد (individual neurons) طرح کلی (plan)، گام‌های فرعی، تعداد مراحل، و حتی خطاها و اصلاحات آن‌ها (error corrections) را بازنمایی می‌کنند. بنابراین، در محاسبات ریاضی، هم طرح (plan) و هم فرآیند اجرا (execution process) به‌صورت صریح و آگاهانه در همان شبکه‌ای کدگذاری می‌شود که آگاهی (consciousness) را پشتیبانی می‌کند. در مقابل، دستور زبان (grammar) در شبکه‌هایی از اتصالات عصبی (bundles of connections) میان لوب گیجگاهی فوقانی چپ (left superior temporal lobe) و شکنج پیشانی تحتانی (inferior frontal gyrus) پیاده‌سازی می‌شود و برخلاف محاسبات آگاهانه، نیازی به مشارکت قشر پیش‌پیشانی خلفی‌جانبی (dorsolateral prefrontal cortex) ندارد، یعنی همان شبکه‌هایی که معمولاً در پردازش آگاهانه‌ی پرزحمت (conscious effortful processing) فعال‌اند. جالب آن‌که در حالت بیهوشی (anesthesia) نیز، بخش قابل توجهی از قشر زبانی گیجگاهی (temporal language cortex) همچنان گفتار را به‌صورت خودکار و ناآگاهانه (autonomously and without awareness) پردازش می‌کند. در حال حاضر نمی‌دانیم نورون‌ها چگونه قواعد دستوری (grammatical rules) را رمزگذاری می‌کنند، اما اگر روزی این سازوکار روشن شود، به احتمال زیاد طرح رمزگذاری آن‌ها (coding scheme) به‌طور بنیادین (radically) با آنچه در محاسبات ذهنی ریاضی (mental arithmetic) رخ می‌دهد متفاوت خواهد بود.

حالت‌های ذهنی ماده

Subjective States of Matter

خلاصه اینکه، نظریه فضای کار سراسری نورونی (Global Neuronal Workspace) توضیحی روشن برای تعداد فراوانی از مشاهدات درباره آگاهی (Consciousness) و سازوکارهای مغز (Brain Mechanisms) ارائه می‌دهد. این نظریه روشن می‌کند که چرا تنها بخش بسیار محدودی از دانش ذخیره‌شده در مغز ما در هر لحظه به آگاهی ما وارد می‌شود. برای آنکه اطلاعات در دسترس آگاهی (Consciousness) قرار گیرند، لازم است که به صورت الگوی سازمان‌یافته فعالیت نورونی (Organized Pattern of Neuronal Activity) در ناحیه‌های مرتبه بالای قشر (Higher Cortical Regions) رمزگذاری شوند، و این الگو به نوبه خود باید حلقه‌ای از ناحیه‌های به‌طور محکم به هم متصل (Tightly Interconnected Areas) را فعال کند تا یک فضای کار سراسری (Global Workspace) شکل گیرد. ویژگی‌های این اشتغال نورونی راه‌دور (Long-Distance Ignition) همان نشانه‌های آگاهی هستند که در تجربه‌های تصویربرداری مغزی (Brain-Imaging Experiments) مشاهده شده‌اند.

اگرچه شبیه‌سازی‌های کامپیوتری (Computer Simulations) آزمایشگاه من برخی ویژگی‌های دسترسی آگاهانه (Conscious Access) را بازتولید می‌کنند، اما هنوز فاصله زیادی با تقلید مغز واقعی (Actual Brain) دارند؛ به عبارت دیگر، این شبیه‌سازی‌ها آگاهانه (Conscious) نیستند. با این حال، به طور اصولی هیچ شکی ندارم که یک برنامه کامپیوتری (Computer Program) بتواند جزئیات یک حالت آگاهانه (Conscious State) را به تصویر بکشد. یک شبیه‌سازی مناسب‌تر باید شامل میلیاردها حالت نورونی متمایز (Differentiated Neuronal States) باشد. این مدل، به جای صرفاً انتشار فعالیت (Propagating Activation)، از استنتاج‌های آماری مفید (Useful Statistical Inferences) برای پردازش ورودی‌ها استفاده می‌کند؛ برای مثال، با محاسبه احتمال حضور یک چهره (Face) مشخص یا برآورد احتمال موفقیت یک ژست حرکتی (Probability that a Motor Gesture Will Successfully Reach its Target)، قادر خواهد بود به هدف مطلوب برسد.

ما اکنون شروع به تصور نحوه شبکه‌بندی نورون‌ها (Networks of Neurons) برای انجام چنین محاسبات آماری (Statistical Computations) کرده‌ایم. تصمیم‌های ادراکی اولیه (Elementary Perceptual Decisions) از طریق انباشت شواهد پر نویز (Noisy Evidence) که توسط نورون‌های تخصصی (Specialized Neurons) فراهم می‌شوند، شکل می‌گیرند. در جریان اشتغال آگاهانه (Conscious Ignition)، زیرمجموعه‌ای از این نورون‌ها به یک تفسیر یکپارچه (Unified Interpretation) می‌رسند که این تفسیر خود منجر به یک تصمیم درونی (Internal Decision) درباره اقدام بعدی می‌شود. تصور کنید یک آرنا (Arena) داخلی بزرگ که در آن چندین ناحیه مغزی (Brain Regions)، مانند دیمن‌ها در پاندمونیوم سلفریج (Daemons in Selfridge’s Pandemonium)، برای دستیابی به همسویی با یکدیگر رقابت می‌کنند. قواعد عملیاتی (Operating Rules) آنها آنها را ملزم می‌سازد که به طور مداوم به دنبال یک تفسیر منسجم (Coherent Interpretation) از پیام‌های متنوع دریافتی باشند. از طریق اتصالات دوربرد (Long-Distance Connections)، آنها دانش پراکنده خود را به چالش می‌کشند و شواهد را، این بار در سطح سراسری (Global Level)، انباشت و ترکیب می‌کنند تا به یک پاسخ منسجم (Coherent Answer) دست یابند که با اهداف فعلی ارگانیسم (Organism) سازگار باشد.

این ماشین یکپارچه (Entire Machine) تنها به صورت جزئی تحت تأثیر ورودی‌های خارجی (External Inputs) قرار می‌گیرد. خودمختاری (Autonomy) شعار اصلی آن است. اهداف خود را به لطف فعالیت خودانگیخته (Spontaneous Activity) تولید می‌کند و این الگوها به نوبه خود فعالیت سایر بخش‌های مغز (Rest of the Brain’s Activity) را به صورت از بالا به پایین (Top-Down) شکل می‌دهند. آنها نواحی دیگر را وادار می‌کنند تا حافظه بلندمدت (Long-Term Memories) را بازیابی کنند، یک تصویر ذهنی (Mental Image) بسازند و آن را بر اساس قواعد زبانی یا منطقی (Linguistic or Logical Rules) تغییر دهند. یک جریان ثابت از فعالیت نورونی (Constant Flux of Neuronal Activation) در فضای کار داخلی (Internal Workspace) به گردش درمی‌آید و میلیون‌ها پردازشگر موازی (Parallel Processors) را با دقت غربال می‌کند. هر نتیجه منسجم (Coherent Result) ما را یک گام به جلو در الگوریتم ذهنی (Mental Algorithm) می‌برد، الگوریتمی که هیچ‌گاه متوقف نمی‌شود—جریان افکار آگاهانه (Flux of Conscious Thought).

شبیه‌سازی یک ماشین آماری عظیم‌مقیاس و موازی (Massively Parallel Statistical Machine) که بر پایه اصول واقعی عملکرد نورونی (Realistic Neuronal Principles) ساخته شده باشد، می‌تواند به‌غایت جذاب و الهام‌بخش باشد. در اروپا، نیروهای پژوهشی در قالب پروژه مغز انسان (Human Brain Project) گرد هم آمده‌اند؛ تلاشی سترگ برای درک و شبیه‌سازی شبکه‌های قشری در مقیاس مغز انسان (Human-Size Cortical Networks). امروزه، شبیه‌سازی شبکه‌هایی (Simulations of Networks) متشکل از میلیون‌ها نورون (Neurons) و میلیاردها سیناپس (Synapses) به کمک تراشه‌های سیلیکونی نورومورفیک (Neuromorphic Silicon Chips) در دسترس قرار گرفته است. در دهه‌ی پیش‌ِ رو، این ابزارهای محاسباتی (Computational Tools) چشم‌اندازی بسیار دقیق‌تر و ژرف‌تر از چگونگی آن‌که حالت‌های مغزی (Brain States) تجربه‌ی آگاهانه ما (Conscious Experience) را پدید می‌آورند، ترسیم خواهند کرد.