統合情報理論

デイビッド・チャルマーズは、意識を純粋に物理的な観点から説明しようとする試み（つまり、現在定式化されている物理法則から出発して、意識の必然的かつ不可避的な存在を導き出す試み）は、最終的にいわゆる「ハード問題」にぶつかると主張している。IITは、物理原理から出発して意識に到達しようとするのではなく、「意識から出発し」（私たち自身の意識の存在を確実なものとして受け入れ）、想定される物理的基盤がそれを説明するのに必要な特性について推論する。現象論からメカニズムへのこの飛躍は、意識体験の形式的特性が基礎となる物理システムによって完全に説明できるならば、物理システムの特性は体験の特性によって制約されなければならないというIITの仮定に基づいている。意識が存在するための物理システムの制約は不明であり、分離脳患者^{[ 9 ]}や大量の脳物質が欠損している意識のある患者^{[ 10 ]の研究が示唆するように、意識はスペクトラム上に存在する可能性がある。}

IITは、どの物理システムが、どの程度、どのような方法で意識を持っているのかを説明することを目的としている。この理論は、経験が存在するという現象学的確実性から出発し、意識を持つ基盤が満たさなければならない必要な物理的公理を推論する。具体的には、IITは現象学からメカニズムへと移行し、意識経験の本質的な特性（「公理」と呼ばれる）を特定し、そこから意識を持つ物理システムの本質的な特性（「公理」と呼ばれる）を特定しようとする。

IITは以下に基づいています：^{[ 1 ]}

• 実在論― 何かが存在し、個人の経験とは無関係に存続する（独我論よりも優れた仮説）
• 操作的物理主義――存在するものは操作的に評価される。基質の単位を観察し操作することによって、それらが確実に「変化をもたらし、変化させる」ことができることを立証する。この因果関係の力こそが、物理的存在の証である。
• 操作的還元主義（「原子論」）―物理的に存在するものは、理想的には観察および操作可能な最小単位で説明されるべきであり、それによって因果関係は原子単位まで「完全に」維持される。

ゼロ番目の公理（経験が存在する）から始めて、IITは経験の5つの本質的な特性を特定します。^{[ 1 ] [ 11 ]}

• 本質性― 経験は本質的なものである。経験はそれ自体で存在する。
• 情報– 経験は具体的です。それはこれです
• 統合とは、経験が統一的であるということ、つまり、経験は全体として一つのものであり、個々の経験に還元できないということである。
• 排除――経験は明確である。それはこの全体である。
• 構成― 経験は構造化されている。それは区別とそれらを結びつける関係から構成され、そのように感じられる現象的構造を生み出す。

各公理は、意識の基盤が満たさなければならない対応する物理的仮説として定式化され、原因と結果の力という観点から表現される。

• 本質性― その因果関係の力は本質的でなければならない。つまり、それ自体の中で変化を生み出し、変化をもたらすものでなければならない。
• 情報– その因果関係の力は具体的でなければならない。つまり、この状態にあり、最大の固有情報を持つこの因果関係の状態を選択しなければならない。(ii)
• 統合性― その因果関係は統一的でなければならない。すなわち、因果関係の状態を、個々の単位のサブセットに還元できない単位の集合全体として指定しなければならない。還元不可能性は、基質の最小分割上の統合情報 (φ _{s ) によって測定される。}
• 排除― その因果関係は明確でなければならない。つまり、最大限に既約な集合（最大 φ _s、φ*）であるこの集合を、その因果関係の状態として特定しなければならない。これは最大基質または複合体と呼ばれる。
• 構成– その因果関係は構造化されなければならない。構成要素のサブセットは、互いに重なり合うことができる構成要素のサブセット（区別）に対する因果関係の状態を指定し（関係）、それによって因果構造またはΦ構造が生じる。

システムは遷移確率行列（TPM）によって記述され、${\displaystyle T_{U}=p(\mathbf {u} '\mid \mathbf {u} )}$、その可能なすべての状態にわたって。^{[ 1 ]}形式化は 2 つの段階で進められます。まず、最大限に還元不可能な単位の集合 (複合体) を特定し、次にその原因と結果の構造を展開します。これから、IIT は次のように定義します。^{[ 1 ]}

内在情報（ii）は、状態がどれだけ${\displaystyle s}$原因と結果の状態を制約する$\displaystyle {\tilde {s}}}$選択性と情報量の両方を捉えている。制約のない確率と比較して評価される。${\displaystyle p_{uc}({\tilde {s}})}$内在的な差異尺度を用いると、関連する状態とは、この量を最大化する状態である。

${\displaystyle {\text{ii}}(s,{\tilde {s}}^{*})=\max _{\tilde {s}}\;p({\tilde {s}}\mid s)\log _{2}\left({\frac {p({\tilde {s}}\mid s)}{p_{uc}({\tilde {s}})}}\right)}$

内在情報は、内在差（ID）を使用して計算されます。IIT  4.0 では、内在差は、公理で要求される因果性、内在性、および特異性の特性を満たす 2 つの確率分布間の差の唯一の尺度として識別されます。^{[ 1 ]}これは原因側で個別に評価されます（${\displaystyle {\text{ii}}_{c}}$）と副作用（${\displaystyle {\text{ii}}_{e}}$)

システム統合情報（$\displaystyle \phi _{s}}$) は、システムの自己に対する因果関係の力の還元不可能性として定義されます。これは、方向性最小分割 (MIP)で測定されます。MIPは、各部分の入力および/または出力を切断して、最も差が小さくなる分割です。最小存在の原理により、原因側の還元不可能性の最小値として定義されます ($\displaystyle \phi _{c}}$）と副作用（$\displaystyle \phi _{e}}$):

${\displaystyle \phi _{s}=\min \left(\phi _{c},\phi _{e}\right),\qquad \phi _{c/e}=\min _{\theta }\left[{\text{ii}}_{c/e}(s,{\tilde {s}})-{\text{ii}}_{c/e,\theta }(s,{\tilde {s}})\right]}$

複合体（最大基質）は、システムが統合した情報を持つ単位の集合である。$\displaystyle \phi _{s}}$は、排除の公準に従って、重複するすべての候補システム（部分集合、上位集合、または部分的に重複する集合）に対して最大となる。複合体の区別は、ユニットの部分集合（メカニズム）であり、それぞれに既約性が関連付けられたユニットの部分集合（範囲）上で最大限に還元不可能な原因と結果の状態を指定する。$\displaystyle \phi _{d}}$関係とは、これらの区別の原因状態および／または結果状態の間の整合的な重なりであり、それぞれに還元不可能性が付随する。$\displaystyle \phi _{r}}$区別と関係が合わさって原因と結果の構造を構成する。${\displaystyle \Phi }$-複合体の構造：

$\displaystyle \Phi =\sum _{\text{distinctions}}\phi _{d}+\sum _{\text{relations}}\phi _{r}}$

構造統合情報${\displaystyle \Phi }$（「大きなファイ」）は意識の量に対応し、区別と関係の特定の構造がその質を定義します。

IITは説明的な同一性を提案している。経験は、現在の状態にある複合体（最大基質）から展開された原因-結果構造（Φ構造）と同一であり、経験のすべての特性は、追加の要素なしに、Φ構造の対応する特性によって説明される。 ^{[ 1 ] [ 12 ]}この同一性は、存在論的に還元するのではなく、説明的なものとなることを意図している。IITは、経験がΦ構造から「生じる」とか「Φ構造に他ならない」と主張するのではなく、経験の特性は、観察および操作可能な基質の特性によって、客観的かつ物理的な観点から説明できると主張する。^{[ 13 ]}

IITは意識の量（Φ）を説明するだけでなく、その質、つまり色や形、音、視覚野の空間的広がり、時間の流れの感覚といった経験の具体的な内容を説明することを目指している。理論の中心的な主張は、説明的同一性が現象的質にまで及ぶというものであり、経験のあらゆる特性は、基質によって展開される原因と結果の構造（Φ構造）の対応する特性と、その下位構造によって説明されなければならない。要するに、IITは「すべての質は構造である」と主張している。^{[ 14 ] [ 12 ]}

このプログラムにおけるこれまでの研究は、内省が比較的容易な、特に広く普及している2つの経験様式、すなわち空間の広がりと時間の流れに焦点を当ててきた。空間経験の説明によれば、空間の「キャンバス」が広がりを感じるためには、多くの現象的差異（「スポット」）で構成され、それぞれのスポットが互いに重なり合い（再帰性）、包含、接続、融合によって関連付けられなければならない。IITは、グリッド状の接続性を持つ単位の基盤が、これらの特性を再現する差異と関係性を持つ因果関係構造を規定することを示している。空間の感じ方を説明するのは、接続性そのものではなく、その構造であり、空間経験はグリッド状の接続性を持つ脳領域によって支えられていると予測している。^{[ 2 ]}時間的経験の説明は、指向性のあるグリッドにも同じ原理を適用します。意識的な現在が流れているように感じられるのは、それが指向性のある現象的区別（「瞬間」）で構成されており、それらが指向性のある包含、接続、融合によって関連付けられ、時計の時間におけるプロセスとしてではなく、基質の現在の状態によって指定され、現在と過去の間に広がる構造として理解されるためです。^{[ 15 ]} IITは、さらなる内容の説明も同様の方法で追求できると提案しています。階層内の特定の特徴構成と一般的な概念の結合として理解されるオブジェクト、および色相などの狭いクオリアです。^{[ 14 ]}

神経科学者のクリストフ・コッホは、この理論の後のバージョンの開発に貢献しており、IITを「意識に関する唯一本当に有望な基礎理論」と呼んでいる。^{[ 28 ]}

神経科学者で意識研究者のアニル・セスは、いくつかの留保条件付きでこの理論を支持しており、「意識体験は非常に有益で、常に統合されている」と主張し、「[IIT]からすぐに導かれることの一つは、意識について私たちが知っている特定の事柄に対する素晴らしい事後的な説明が得られるということだ」と述べている。しかし彼はまた、「IITの中で私があまり有望ではないと思う部分は、統合された情報が実際に意識である、つまり両者の間に同一性があると主張する部分だ」^{[ 29 ]}とも主張しており、この理論の汎心論的な拡張を批判している^{[ 30 ] 。}

意識の難問という概念で有名な哲学者デイヴィッド・チ​​ャルマーズは、IITについてある程度の熱意を示している。チャルマーズによれば、IITは正しいかどうかは別として、正しい方向への発展である。^{[ 31 ]}

マックス・テグマークは、計算の背後にある計算複雑性の問題に取り組もうとしてきた。マックス・テグマークによれば、「IITによって提案された積分尺度は、システムの情報量とともに超指数関数的に増加するため、大規模システムに対しては計算的に評価不可能である」 ^{[ 32 ]}。結果として、Φは一般に近似することしかできない。しかし、Φを近似するさまざまな方法によって、根本的に異なる結果が得られる。^{[ 33 ]}他の研究では、Φはいくつかの大規模平均場ニューラルネットワークモデルで計算できることが示されているが、これらの大規模システムにおける相転移を捉えるためには、理論のいくつかの仮定を修正する必要がある。^{[ 34 ] [ 35 ]}

2019年、テンプルトン財団は、IITと競合する理論（グローバルニューロンワークスペース理論、GNWT）の相反する経験的予測を検証するために、600万ドルを超える資金提供を発表しました。 ^{[ 36 ] [ 37 ]}両理論の提唱者は、実験プロトコルとデータ分析、および自分たちの理論が結果を正しく予測したかどうかを判断するための正確な条件に署名しました。^{[ 38 ] [ 39 ]}初期の結果は2023年6月に発表されました。^{[ 40 ]} GNWTの予測は、事前登録で合意された基準をどれも満たしませんでしたが、IITの予測の3つのうち2つはその基準を満たしました。^{[ 41 ]}最終的な査読済みの結果は、2025年4月30日号のNatureに掲載されました。^{[ 42 ]} Nature誌の編集者は付随する社説で、「結果が最初に発表された後、IITを疑似科学と表現した公開書簡が回覧された」と指摘し、「競合するグループ間の協力関係を確立するために設計されたプロセスにおいて、そのような言葉はふさわしくない」と付け加えた。^{[ 43 ]}

2025年3月のNature Neuroscience誌に掲載された「意識か、それとも疑似意識か？2つのパラダイムの衝突」と題された論説の中で、IITの支持者は、理論の中核的な主張を実証的に検証した16の査読済み研究を挙げた。^{[ 44 ]}同じ号に掲載されたアレックス・ゴメス＝マリンとアニル・セスによる「疑似科学と疑似意識を超えた意識の科学」と題された論説では、現在の実証的な限界にもかかわらず、IITは科学的に正当性を保っていると主張した。^{[ 45 ]}

影響力のある哲学者ジョン・サールは、この理論を批判し、「この理論は汎心論を暗示している」とし、「汎心論の問題は、それが間違っているということではなく、間違っているというレベルにまで達していないということだ。厳密に言えば、この主張に明確な概念が与えられていないため、無意味である」と述べている。^{[ 46 ]}サールの見解自体も、他の哲学者から、実際には彼自身の考えと共鳴する可能性のある理論を誤解し、誤って表現しているとして批判されている。^{[ 47 ]}

理論計算機科学者のスコット・アーロンソンは、IIT の定式化によって、正しく配置された一連の非活性論理ゲートが意識を持つだけでなく、「人間よりもはるかに意識が高い」ことを示すことで、IIT を批判している。 ^{[ 48 ]}トノーニ自身もこの評価に同意し、IIT によれば、非活性論理ゲートのさらに単純な配置でも、十分に大きければ意識を持つことになると主張している。しかし、彼はさらに、これは IIT の弱点ではなく強みであると主張している。なぜなら、それはまさに^{大脳皮質の大部分 [} 49 ][50]、特に脳の後部 [2] で採用されている細胞^{構築であり、いくつ}か^{のレビューに}よれば、意識の最も可能性の高い神経解剖学的相関関係だからである。^{[ 51 ]}

哲学者ティム・ベインは、この理論の公理的基礎を批判している。^{[ 52 ]}彼は、「トノーニらが依拠するいわゆる『公理』は、真の公理として認められない」と結論付けている。

意識の科学的理論としてのIITは、その定義によって「偽りか非科学的かのどちらか」にしかなり得ないとして、科学文献で批判されてきた。^{[ 53 ]}また、IITは意識分野の他のメンバーからも「非科学的な飛躍的信仰」を必要とするとして非難されてきた。^{[ 54 ]}また、この理論は、意識の理論に求められる基本的な質問に答えていないとして嘲笑されてきた。哲学者アダム・パウツは、「IITの提唱者がこれらの問題に取り組まない限り、真偽を評価できる明確な理論を提示していないことになる」と述べている。^{[ 55 ]}競合注意スキーマ理論の提唱者である神経科学者マイケル・グラツィアーノは、IITを疑似科学として拒否している。彼は、IITは「科学的に成功したり理解されたりする見込みのない」魔法のような理論だと主張している。^{[ 56 ]}同様に、IITは、その主張が「現時点では科学的に確立されておらず、検証可能でもない」と批判された。^{[ 57 ]}

神経科学者のビョルン・メルカー、デイヴィッド・ルドラウフ、哲学者のケネス・ウィリフォードは、IITをいくつかの点で批判する論文を共同執筆した。第一に、形式的なIITの意味で実際に統合と分化を組み合わせたシステムのすべてのメンバーが意識を持っていることを証明していないため、情報の統合と分化のレベルが高いシステムは意識に必要な条件を提供するかもしれないが、これらの属性の組み合わせは意識の条件にはならない。第二に、指標Φは意識レベルではなくグローバルな情報伝達の効率を反映しており、さまざまな覚醒状態（例えば、覚醒、夢を見ている状態と夢を見ない睡眠、麻酔、発作、昏睡）におけるΦと意識レベルとの相関は、実際には皮質活動のために行われる効率的なネットワーク相互作用のレベルを反映している。したがって、Φは意識ではなくネットワーク効率を反映しており、意識は皮質ネットワーク効率が果たす機能の1つである。^{[ 58 ]}

コンピュータ科学者のロバート・J・マークス2世は、 IITの複雑性の尺度としてのΦの計算上の問題についてさらに議論し、「IITで使用される高複雑性の尺度であるΦを計算するには、重大な計算上の障壁がある。IITでは、Φを計算するためにシステムのすべての分岐のKLダイバージェンスを調べる必要がある。この数は状態数に対して非常に急速に増加するため、Φの計算は計算上不可能になる。」と述べている。^{[ 59 ]}

A letter published on 15 September 2023 in the preprint repository PsyArXiv and signed by 124 scholars asserted that until IIT is empirically testable, it should be labeled pseudoscience.^[60] A number of researchers defended the theory in response.^[8] An anonymized public survey invited all authors from peer-reviewed papers published between 2013 and 2023 found by a query of Web of Science using "consciousness AND theor*". Of the 60 respondents, 8% "fully" agreed, and 20% did "not at all" agree with the letter, with the remainder falling in between these poles.^[7]

The 10 March 2025 Nature Neuroscience commentary "What Makes a Theory of Consciousness Unscientific?" was signed by many of the same writers as the letter. It asserts that "the core ideas of IIT lack empirical support and are metaphysical, and not scientific" and refers to "the core claims of IIT, which we argue are unscientific".^[61] In a March 2025 Nature Neuroscience commentary, Giulio Tononi and colleagues responded to these criticisms, arguing that IIT is a scientific theory that makes falsifiable predictions and listing peer-reviewed studies presented as empirical tests of its core claims.^[62]

• Albantakis, L; Barbosa, L; Findlay, G; Grasso, M; Haun, AM; Marshall, W; Mayner, WGP; Zaeemzadeh, A; Boly, M; Juel, BE; Sasai, S; Fujii, K; David, I; Hendren, J; Lang, JP; Tononi, G (2023 年 10 月). "統合情報理論 (IIT) 4.0: 現象的存在の特性を物理的用語で定式化する" . PLOS Computational Biology . 19 (10) e1011465. arXiv : 2212.14787 . Bibcode : 2023PLSCB..19E1465A . doi : 10.1371/journal.pcbi.1011465 . PMC 10581496 . PMID 37847724。  
• Tononi, Giulio; Boly, Melanie; Massimini, Marcello; Koch, Christof (2016). "統合情報理論：意識からその物理的基盤へ". Nature Reviews Neuroscience . 17 (7): 450–461 . doi : 10.1038/nrn.2016.44 . PMID 27225071. S2CID 21347087 .  
• Tononi, Giulio (2015). "統合情報理論" . Scholarpedia . 10 (1): 4164. Bibcode : 2015SchpJ..10.4164T . doi : 10.4249/scholarpedia.4164 .
• 大泉正文、アルバンタキス・ラリッサ、トノーニ・ジュリオ (2014) 「意識の現象学からメカニズムへ：統合情報理論3.0」 PLOS Computational Biology 10 (5) e1003588. Bibcode : 2014PLSCB..10E3588O . doi : 10.1371 /journal.pcbi.1003588 . PMC 4014402 . PMID 24811198 . S2CID 2578087 .   
• 統合情報理論：最新版（2012年）（IIT 3.0の初発表） 2014年12月16日にWayback Machineにアーカイブ済み
• Tononi, Giulio (2008). 「統合情報としての意識：暫定マニフェスト」The Biological Bulletin . 215 (3): 216– 242. doi : 10.2307/25470707 . JSTOR 25470707 . PMID 19098144 .  
• Tononi, Giulio (2004). 「意識の情報統合理論」 . BMC Neuroscience . 5 42. doi : 10.1186/1471-2202-5-42 . PMC 543470. PMID 15522121 .  

• IIT-wiki：IITの基礎を教えることを目的としたオンライン学習リソース。テキスト、スライドショー、インタラクティブなコーディング演習、ディスカッションや質問のためのセクションが含まれています。
• フィーザー、ジェームズ；ダウデン、ブラッドリー（編）。「意識の統合情報理論」。インターネット哲学百科事典。ISSN 2161-0002。OCLC 37741658。  

• PyPhi：統合情報を計算するためのオープンソースのPythonパッケージ。
  • グラフィカルユーザーインターフェース
  • 文書

• 生命そのものの感覚：なぜ意識は広く普及しているのに計算できないのか（クリストフ・コッホ著、2019年）
• ジュリオ・トノーニ著『ファイ：脳から魂への旅』 （2012年）

• ニューヨーク・タイムズ（2025年）：意識に関する2つの理論が対決。審判は打ちのめされた。
• ニュー・サイエンティスト（2019年）：意識はどのように機能するのか？驚くべき答えを提示する斬新な理論
• ノーチラス（2017）：物質は意識を持っているのか？
• イオン（2016）：意識の侵食
• MITテクノロジーレビュー（2014年）：コンピュータが意識を持つために必要なこと 2015年11月27日にウェイバックマシンにアーカイブ済み
• Wired（2013）：神経科学者による、ネットワークが意識を持つようになる仕組みに関する革新的な理論
• ニューヨーカー誌（2013年）：iPhoneはどれほどの意識を持っているのか？
• ニューヨーク・タイムズ（2010年）：意識をその構成要素から測る
• サイエンティフィック・アメリカン（2009年）：意識の「複雑な」理論
• IEEE Spectrum (2008):理論の一端: 統合情報理論としての意識

• クリストフ・コッホ（2014）：意識の統合情報理論
• デイビッド・チャルマーズ（2014）：意識をどのように説明しますか？