통합 정보 이론, Integrated Information Theory (IIT)
오늘날 가장 각광받고 있는(부정적으로든, 긍정적으로든) 의식 이론으로는 통합 정보 이론을 꼽을 수 있다. 의식의 정체를 논하다 보면 양립 불가능한 두 극단의 생각에 치닫기 쉽다. 한 극단에서는 의식이 예컨대 영혼과 같은 부가적인 무언가라고 주장한다. 인간 혹은 특정 존재에게 육신 외에 부여된 무언가가 있으므로, 육신이 죽어도 우리는 살아갈 수 있다. 천국 혹은 환생에 대한 믿음도 이와 다르지 않다. 이른바 이원론은 고대로부터 이어진 오랜 믿음이다.
반대편 끝에서는 의식을 과학적으로 이해할 수 있다고 주장한다. 단, 그 설명 방식이 무엇인가에 대하여 설왕설래가 오가는 것이다. 예를 들어 Hard problem이라는 표현을 고안한 찰머스는 의식이 만물을 이루는 우주의 기본 구성 요소라고 주장한다. 가령 전자가 전기장을 따라 특정한 방식으로 움직이는 것은 그것에게 우주 법칙을 따르고자 하는 “주관”이 존재하기 때문이라는 것이다.
의식, 즉 주관성이 우주의 기본 구성요소라면, 인간을 포함한 모든 동물, 심지어 돌멩이조차 그 나름대로의 의식을 갖고, 그 자신임을 느낄 수 있을 것이다. 그렇다면 과연 특정 물리계의 의식 수준을 어떻게 판단할 수 있을까?
이 문제를 천착한 이들이 바로 제럴드 에델만과 줄리오 토노니이다. 둘은 1990년대 말~ 2000년대 초반 협업하여 역동적 핵심부 가설을 구축하였고, 2000년대 초반 결별하여 각자의 길을 걸었다. 이들의 이론의 핵심은 의식의 생리학적 메커니즘이 무엇이냐를 묻기 이전에 의식이 어떠한 특성을 가지고 있는지를 묻는다는 점이다. 이 경우 의식은 생명 현상이 아닌, 하나의 정보처리 기능으로서 정의된다. 토노니는 이후 독자적으로 통합 정보 이론을 고안하였고, 코흐를 비롯한 많은 이들에게 각광받고 있다.
토노니는 의식의 특성으로 다음 5가지 “공리”를 든다.
1. 내재: 의식은 존재한다. 경험은 실재한다. 의식은 외부 관찰자에 의해 영향받지 않는다는 점에서 내재적이다.
2. 구조: 의식은 구조가 있다. 색, 모양, 움직임 등 여러 현상적 특성들이 모여 하나의 사물을 인식한다.
3. 정보: 의식은 고유한 내용이 있다. 2번의 특성들이 어떻게 조합되느냐에 따라 하나의 경험은 다른 경험과 구별된다.
4. 통합: 의식은 통합되어 있다. 두 경험을 동시에 할 수 없다. 우리는 시야의 왼쪽과 오른쪽을 나누어 인지할 수 없고, 하나의 통합된 시야를 경험한다.
5. 배타: 의식은 내용과 시공간적 측면에서 일정한 한계를 지닌다. 하나의 의식이 경험할 수 있는 현상학적 특성은 변하지 않는다. (오감이 아닌 특정 감각이 추가될 수 없고, 경험은 일정한 속도로 흐른다)
Tononi lists the following five “axioms” as characteristics of consciousness:
1. Immanence: Consciousness exists. Experiences are real. Consciousness is immanent in that it is not influenced by an external observer.
2. Structure: Consciousness has structure. Various phenomenal characteristics, such as color, shape, and movement, come together to perceive a single object.
3. Information: Consciousness has unique content. One experience is distinguished from another depending on how the two characteristics are combined.
4. Integration: Consciousness is integrated. You cannot have two experiences at the same time. We cannot perceive the left and right sides of the field of vision separately, but experience a single, integrated field of vision.
5. Exclusion: Consciousness has certain limits in terms of content and spatiotemporal aspects. The phenomenological characteristics that a single consciousness can experience do not change. (Specific senses other than the five senses cannot be added, and experiences flow at a constant speed.)
(공리라 함은 불변의 명제인데, 나는 이 5가지의 선정이 자의적이라는 느낌을 지울 수 없다.)
어쨌거나 토노니는 위 공리를 바탕으로 어떤 물리계의 내부에서 정보가 교환될 때 그 계에서 통합된 정보의 양을 계산하는 공식을 정의했고, 그것을 그리스 문자 Φ 로 명명했다. 사람의 뇌는 다양한 가짓수로 존재할 수 있으므로 높은 값을 갖는다. 또한 특정 Φ를 넘길 때만 의식을 갖는다.
인공지능은 의식을 갖지 못한다
신경과학자 크리스토프 코흐의 ‘통합정보이론’
수학적으로 구축한 ‘의식 이론’…“의식은 경험”
“경험은 최대 환원 불가능한 원인-결과 구조”
코흐는 의식을 과학적으로 해명할 수 있다는 희망을 여전히 놓지 않고 있다. 2019년 출간된 ‘생명 그 자체의 감각’은 의식에 대한 자신의 이론을 종합적으로 정리한 책이다. 지은이는 이탈리아 출신 신경과학자 줄리오 토노니가 제안한 ‘통합정보이론’(Integrated Information Theory·IIT)에 기댄다. 수학적으로 구축된 이 이론은 그 의 작업에 과학적 설득력을 부여하는 한편, 통념 에서 벗어난 결과물로 읽는 이를 당황시킨다 . 예컨대 지은이는 “내재적인 인과적 힘 ” (intrinsic causal powers )이 있는 체계라면 생물이 아닐지라도 모두 의식을 지닌다고 주장하는데 , 이는 우주 만물이 마음을 지닌다는 고대 사상가들의 ‘범심론 ’과 크게 다르지 않다 . 또 디지털로 구현한 유기체나 실험실에서 배양한 대뇌 ‘오가노이드 ’는 의식을 지닐 수 있어도 , 인공지능 (AI )은 결코 의식을 지닐 수 없다고 본다. 이 때문에 지난해 일부 과학자들은 통합정보이론이 ‘유사 과학 ’ ( pseudoscience)이라 비난하는 입장을 표명하기도 했다.
지은이의 출발점은 “의식은 경험”이라는 명제다. 느낌(feeling)은 경험(experience)과 구분되지 않으며, 무언가를 경험한다(느낀다)는 것은 더 이상 증명할 수 없는 실재의 유일한 측면이다. 그리고 “모든 의식적 경험은 다섯 가지 뚜렷하고 부인할 수 없는 속성을 지닌다.” 경험은 그 자체로 존재(내재적 존재)하고 구조화(구성)되어 있다. 또 특정한 방식으로 존재하고(정보적), 독립적인 구성 요소로 환원될 수 없으며(통합적), 그 내용과 시공간적 측면에서 경계를 지닌다(제한적). 이 다섯 가지를 공리(axiom)로 채택한 뒤, 공준(postulate)으로 삼아 물질이 정신을 지원하는 메커니즘을 해명하는 ‘최선의 설명’을 찾아가는 것이 통합정보이론이다.
의식이 그 자체로 존재한다는 공준(내재적 존재)은, “어떤 물리적 요소 집합이 본질적으로 존재하려면, 그 집합 자체에 ‘다름을 만드는 차이’를 지정해야 한다”는 사실을 가리킨다. 달리 말해, 어떤 시스템은 아무런 관찰자 없이 그 스스로에 대해 ‘인과적 힘’을 가짐으로써 존재하며, 그 힘이 클수록 더 많이 존재한다. 경험은 그 시스템을 구성하는 메커니즘에 따라 무수한 구분들로 구조화(구성)되어 있다. 예컨대 하나의 경험 안에서도 나는 책, 파란색, 파란색 책, 왼쪽, 왼쪽의 파란색 책 등을 구분할 수 있다. 경험은 무수히 많은 다른 가능성들과는 구분되는 특정한 원인-결과 구조로 지정(정보)되며, 그 원인-결과 구조는 통합된 하나로 제시되기 때문에 각기 다른 부분들로 환원할 수 없다(통합). 경험은 무한하지 않고 경계를 갖기에, 원인-결과 구조를 만드는 여러 회로 가운데에서도 최대로 환원 불가능한 것(‘완전체’라 부른다)만이 경험을 한다고 상정한다.(배제)
정리하면, 통합정보이론에서 “경험이란, 의식 상태의 시스템을 지원하는 최대로 환원 불가능한 원인-결과 구조와 동일하다.” 파란색을 느끼는 경험은 그 물리적 기제(뇌 또는 개별 뉴런들)가 아니라, 다른 어떤 것으로도 환원할 수 없는 인과적 상호작용을 제시하는 구조물의 최댓값과 동일하다. ‘통합정보’의 최댓값은 ‘Φ’(파이)로 측정할 수 있으며, Φ가 0이 아닌 모든 체계들은 ‘내재적인 인과적 힘’을 갖는다고, 곧 “의식이 있다”고 말할 수 있다. 단 Φ가 미약하면 의식도 미약할 것이고, Φ가 클수록 의식도 커질 것이다.
무엇보다 주목할 대목은, 주로 ‘행동’에 관심을 가져온 기존 신경과학계 이론들과 달리 통합정보이론은 ‘존재’에 초점을 맞춘다는 사실이다. 대체로 신경과학자들은 무언가를 인지하고 그에 맞춰 행동하는 입력-출력 체계에 관심을 가지고, 그런 기능으로부터 의식의 기원을 찾으려 한다. 인공지능이 고도화되면 언젠가 의식을 가질 수 있을 것이라는 기대도 여기에서 비롯한다. 그러나 통합정보이론은 의식은 계산이 아닌 경험이라 주장한다. 아무리 복잡한 프로그램일지라도, ‘피드포워드’(입력에서 출력까지 한 방향으로 흐르는) 방식으로 구성된 내부 회로들은 모두 개별적인 계산 처리 과정으로 환원될 수 있다. 따라서 통합정보는 0으로, 그것은 스스로 존재하지 않는다.
반대로 통합정보이론은 “Φ가 0보다 큰 모든 것은 그 자체로 존재하고, 내적 관점을 가지며, 어느 정도의 환원 불가능성을 지닌다”고 주장한다. 짚신벌레 같은 단세포 유기체뿐 아니라 생물학적인 실체가 아닌 비-진화적 물리적 시스템에서조차 “적은 수준의 경험”을 발견할 수 있다는 것이다. 심지어 세포를 배양해 만들어낸 대뇌 오가노이드마저, 지능이 없고 아무 행동을 할 수 없더라도 나름의 경험을 한다고 추정한다. “지능은 행동에 관한 것이고, 경험은 존재에 관한 것이다.”
지은이는 “오직 인간만이 무언가를 경험한다는 믿음”을 무너뜨리고, 경험하는-의식이 있는 존재의 범주를 최대한으로 넓히려 시도한다. “모든 주체, 모든 완전체의 도덕적 지위가 그들의 인간성이 아니라 의식에 근거한다는 원칙”은 우리에게 이전과 다른 새로운 보편적 윤리를 요구한다. 물론 종마다 의식의 양이 다르다고 보기 때문에 통합정보이론이 ‘존재의 사다리’ 자체를 없애는 것은 아니다. 다만 의식을 인간 고유의 것이 아니라 존재의 공통 요소로 삼는다면, 우리는 이 우주에서 훨씬 더 많은 동반자들을 만들 수 있을 거라 제안한다.