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モノイド 計算機科学におけるモノイド
計算機科学において、多くの抽象データ型はモノイド構造を持つ。よくあるパターンとして、モノイド構造を持つデータ型の元の列を考えよう。この列に対して
「重畳」(fold) あるいは「堆積」(accumulate) の操作を施すことで、列が含む元の総和のような値が取り出される。例えば、多くの反復アルゴリズムは各反復段階である種の「累計」を更新していく必要があるが、モノイド演算の重畳を使うとこの累計をすっきりと表記できる。別の例として、モノイド演算の結合性は、多コアや多CPUを効果的に利用するために、prefix sumあるいは同様のアルゴリズムによって、計算を並列化できることを保証する。
単位元 ε と演算 • を持つモノイド M に対して、その列の型 M* から M への重畳関数 fold は次のように定義される。
更に、任意のデータ型でもその元の直列化演算(serialization)が与えられれば同様に「重畳」することができる。例えば、二分木においては木の走査が直列化にあたるが、結果は走査が行きがけか帰りがけかによって異なる。
単純な構造化プログラミング言語自身は文やブロックの連接を演算としてモノイドをなす。
タイタン
タイタンはTitanの英語読み。ラテン語などではティタン、チタン、ティターン。古代ギリシア語ではティーターン（Τιτάν）。
クオリア
クオリア（英語: qualia〈複数形〉、quale〈単数形〉）または感覚質とは、『脳科学辞典』によれば、感覚的な意識や経験のこと、意識的・主観的に感じたり経験したりする質のこと。一例として、訓練されたサルの脳に電極を埋め込んで「眼球運動や脳活動からクオリアを読み取る」研究が進められていると同辞典にはある。『広辞苑』によるとクオリアは「感覚的体験に伴う独特で鮮明な質感」であり、「脳科学で注目される」概念である。
神経科学者の土谷尚嗣らの論文によれば、クオリア（主観的意識）は理数系学問（自然科学）で観測・解明できないという見解が哲学・心理学・認知科学などから多く出ている。一方で神経科学などからは、クオリアを観測し解明を進めている研究が複数発表されている。
クオリア 概要
2016年、『脳科学辞典』で神経科学者の土谷尚嗣が執筆した項「クオリア」によると「脳科学では、クオリアはなんらかの脳活動によって生み出されていると考える」。また前掲書には、「哲学者は長くクオリアについて論じてきたが、クオリアという概念に意味があるかどうかですら、意見が分かれている」とある。
2009年、『スタンフォード哲学百科事典』で哲学者のマイケル・タイが言うにはクオリアとは、心的生活のうち、内観によって知られうる現象的側面である。
2009年に精神科医・神経科学者ジュリオ・トノーニと計算神経科学者デイヴィッド・バルドゥッツィは、意識の統合情報理論に基づく学術論文「クオリア：統合情報の幾何学」を発表した。この論文は幾何学的手法によって、クオリアの複合体である「クオリア空間（“qualia space”、略称は“Q”）」を、「神経生理学的データ（“neurophysiologic data”）」として計測した。前掲論文は例えば、次の通り述べている。
クオリア 概要
4つの要素でできている系〔システム system〕におけるクオリア空間は、16次元である（このクオリア空間は、その複合体において24個存在する可能状態のそれぞれに軸を持つ）。それら複数の軸はページ上で平らに置かれている。x1＝1000の状態に入ると、複合体はQ空間〔クオリア空間〕の中でクアーリ〔クオリアの単数形 quale〕または形状を生成する。
2017年に神経科学者・医用工学者ロジャー・D・オープウッドの学術論文は、「ECoGデータ（皮質脳波検査データ）」およびガンマ波振動とアトラクターを解析して、「クオリアは高確率で局所的皮質ネットワーク内における情報処理の結果である」と述べている。
2018年にIBM社が出願した情報工学の特許技術では「疲労、気分、および疼痛や苦痛の重症度」等といったクオリアを、「クオリアデータ（“qualia data”）」として情報処理している。
茂木健一郎は1997年に『脳とクオリア』を出版し、2002年にはその改訂版（"updater"）をWebページとして公開した。茂木のWebページによれば、クオリアは「私たちの心が感じることのできる質感」である[要出典科学]。クオリアは2種類あり、一つは「ユニークで独立したある種の感じ」としての「感覚的クオリア」、もう一つは「『何かに向けられている』感覚」としての「志向的クオリア」だという[要出典科学]。
クオリア 概要
茂木は2001年の『日本ファジィ学会誌』の論文で、クオリアの定量的研究について次のように述べている。
「数や量で表現できるような物質の性質に比較すると、クオリアは、曖昧なもののように思われる。 … クオリアは、曖昧だからこそ、ニューロンの発火頻度や、膜電位のような定量的な記述ができないのだ、そのように思いがちである。


しかし、脳内にあるニューロンの発火パターンが生じた時に、私たちの心の中にどのようなクオリアが生じるかという対応原理は、実際には極めて厳密なものであると考えられる。現在〔2001年〕、私たちが主観的に体験するあらゆる心的表象は、脳内のニューロン活動に伴って生じる「随伴現象」（epiphenomenon）であるという説が有力である」。
クオリア 概要
もしクオリアに関して物質的過程でない「隠れたパラメータ」を主張するならば、それは「心脳二元論を唱えているに等しい」、と茂木は言う。物質系には、原因と結果の「因果的必然性」がある。客観的な物質系は、定量的な変数（位置・速度・運動量など）によって決定されており、これが物質系の「因果的必然性」である。主観的なクオリアの「因果的必然性」は、物質系の「因果的必然性」に従っている。そして物質系の「因果的必然性」を表現する際は、定量的な記述（微分方程式・差分方程式・行列力学・セルオートマトン・経路積分など）が使われている。茂木によればクオリアの「因果的必然性」も、同様に厳密な原理に基づいているが、これを表現する記述方法はまだ見つかっていない。
なお、クオリアがニューロン活動に伴う現象として数学的形式化（定量化）されクオリア問題が解決されていくと、ヴィトゲンシュタイン以来の「言語論的転回」が起きると茂木は述べている。「ニューロンの活動も究極的にはシュレディンガー方程式のような定量的な法則によって支配されている」が、「そもそもニューロン活動を客観的に記述している時に用いている数学的フォーマリズム〔数学的形式〕とクオリアがどのような関係にあるのかが明らかにされなければ、問題の本質的な解決にならないだろう」。例えば数学的言語の一つに、「シュレディンガー方程式」がある。これに対しクオリアは「一見数学的フォーマリズム〔数学的形式〕に乗らず、一切の定量化を拒否しているかのように見える」。しかし人間の認知過程上では、「シュレディンガー方程式」は《白いクオリア（背景色）の上にある黒いクオリア（文字色）》として認知されている。つまりクオリアを表現しているという点では、自然言語として表現される風景（「木漏れ日」等）も、数学的言語として表現される「シュレディンガー方程式」も同様である。
つまりクオリアの表現という点から考えれば、実は「数学的言語」と「自然言語」との間に本質的な差は無い。クオリアが数学として解明されていけば、人間の知性（すなわち数学的言語と自然言語）を基礎から再検討することが近い将来必要になる、と茂木は結論している。
その他
クオリアの問題は説明のギャップ、「クオリア問題」または「意識のハードプロブレム」などと呼ばれている。
クオリア 歴史
クオリアという言葉は、「質」を意味するラテン語の名詞 qualitas (あるいは qualis) に由来する。この言葉自体の歴史は古く、4世紀に執筆されたアウグスティヌスの著作「神の国」にも登場する。しかし現代的な意味でこのクオリアという言葉が使われ出すのは、20世紀に入ってからのことである。
まず1929年、哲学者クラレンス・アーヴィング・ルイスが著作『精神と世界の秩序』において現在の意味とほぼ同じ形でクオリアという言葉を使用した。
与件（the given）の識別可能な質的特徴というものがたしかに存在する。それは異なる諸経験において復現（リピート）し、それゆえ、普遍者の一種である。それを私は「クオリア」と呼ぶ。そうしたクオリアは、この経験においてそしてあの経験において何度も認識されるという意味で普遍者ではあるのだが、しかし物体の性質とは区別する必要がある。 … クオリアは直接に経験され、与えられる。そして、いかなる誤りの可能性ももたない。というのもそれは純粋に主観的だからである。他方、物体の性質は客観的である。すなわち物体に性質を帰属させることは、誤りのある一つの判断である。物体を述定することで主張されるのは、ある単一の経験の中で与えられうるものを超越した事柄なのである。 — ルイス『精神と世界の秩序』(1929年)
クオリア 歴史
その後、1950年代から1960年代にかけて、ルイスの教え子であるアメリカの哲学者ネルソン・グッドマンらによってこの言葉が広められた。
1974年、主観性の問題に関する有名な論文が現れる。アメリカの哲学者トマス・ネーゲルが提示した「コウモリであるとはどのようなことか」という思考実験において、物理主義は意識的な体験の具体的な表れについて、完全に論じ切れていない、という主張が強く訴えられた。1982年にはオーストラリアの哲学者フランク・ジャクソンが、マリーの部屋という思考実験を提唱し、普通の科学的知識の中にはクオリアの問題は還元しきれないのではないか、という疑念が提唱された。また1983年にはアメリカの哲学者ジョセフ・レヴァインが、脳についての神経科学的な説明と、私たちの持つ主観的な意識的体験の間には、ギャップがある、という説明のギャップの議論を展開する。こうしたネーゲル、ジャクソンの論文が登場しはじめた1970年代後半あたりから、徐々に科学や物理学との関連の中でクオリアの議論が展開されることが多くなった。
クオリア 歴史
こうした流れの中で最も強い反響を得たのは、オーストラリアの哲学者デイヴィッド・チャーマーズの主張である。1995年から1997年にかけてチャーマーズは一連の著作を通じて、現在の物理学とクオリアとの関係について、ハードプロブレム、哲学的ゾンビといった言葉を用いて非常に強い立場での議論を展開する。今までの哲学者の議論がどちらかというと控えめな形での物理主義批判であったのに対し、チャーマーズは「クオリアは自然界の基本的な要素の一つであり、クオリアを現在の物理学の中に還元することは不可能である。意識の問題を解決するにはクオリアに関する新しい自然法則の探求が必要である。」という強い立場を前面に押し出す。このチャーマーズの立場は岩石やサーモスタットにさえ意識体験があるとする汎心論を含むほど強い立場であり、古典的なデカルト的実体二元論の復活だ、といった誤解による批判も含めて強い反論があった。こうした強い反応が出た背景には脳科学・神経科学が大きい注目を浴び始めていた時代的タイミングがあった。何にせよ、この議論は大きな反応を呼び、今まで一部の哲学者の間だけで議論されていたクオリアの問題が広い範囲の人々、哲学者のみならず、神経科学者や、エンジニア、理論物理学者などへ知れ渡る一つのきっかけとなる。
クオリア 歴史
その後、ツーソン会議 (1994年-) や意識研究学会 (1994年-) などの国際的な研究会・学会も継続的に開催され、Consciousness and Cognition (1992年-) , Journal of Consciousness Studies (1994年-) , Pysche (1994年-)  といった意識を専門的に扱う学術雑誌も号を重ねる。そして意識の問題を扱った数多くの書籍が出版されていく。これらによって意見の一致が見られるようになった、というわけではないが、さまざまな分野でどういう問題が議論されているのか、何が論点なのか、といった問題に関する情報についての相互理解は進むようになった。
哲学的な思索の歴史を振り返ると、類似の意味を持った概念は歴史上、いくども使われている。たとえばジョン・ロックが一次性質と対比させて使った二次性質という概念、カントが物自体という概念と対比して使った表象、論理実証主義者たちが使用したセンス・データ（感覚与件）の概念、また現象学における現象、そして仏教における六境、西田幾多郎における純粋経験等がある。これらは異なる文脈や意味で使用されてきた言葉だが、主観的な意識的な体験、意識的な現れ、のことを主に指す言葉として、それぞれの時代の議論の中で用いられた。
クオリア 歴史
西洋哲学の歴史の中での扱いの変化を見ると、こうした意識へ表れるもの、というのは、長い間、もっとも確実で疑い得ないものとして扱われてきた。つまり主に認識論（正しい知識とは何か、確実な知識とは何か、ということを扱う哲学の一分野）の議論の中で、一番確実視される基盤的なものとして扱われることが長く続いた。たとえばカントは、世界の本当の所どうなっているかは分からない（物自体は知りえない）、しかし意識への表れ、表象については語りうる、といった認識論を展開した。20世紀前半の論理実証主義者らは、科学の認識論的な基礎付けは、さまざまな命題を最終的には感覚的な言明（赤い色が見える、など）に帰着させることで達成されるだろう、といった考え方をした。しかしこうした20世紀前半まで、西洋哲学の中で、そうした主観的で意識的な感覚というのがそもそも何なのか、という議論はさほど活発ではなく、問われることもそう多くなかった。
20世紀終盤になって出てきたクオリアに関する説明のギャップやハードプロブレムの議論は、認識論の文脈というより、主観的な意識的体験とは何のか、これは脳と同じものか、違う存在か、といった存在論的な議論が大きい比重を占めている。
クオリア 様々なクオリア
人間の体験するクオリアは実に多彩であり、それぞれが独特の感じをもつ。たとえば視覚、聴覚、嗅覚からはそれぞれ全く違ったクオリアが得られる。どういった状態にクオリアがともない、またどういった状態にはともなわないのか、この点はしばしば議論の的となる。以下に、独特の質感を持つ、つまりクオリアを持つと多くの人が考えるものの例をあげる。
視覚体験
視覚体験の様々なクオリアのうち、色はその単純さから頻繁に議論の対象となり、特にリンゴの赤、空の青などがある。他に視野全体の明暗や、さらには奥行きともいわれる両目の視差や焦点のずれたときのぼやけた感じというのがクオリアに相当しうる。
聴覚体験
聴覚からもたらされるクオリアとして音色、音の高度、音程や和音、音が時間をかけて連なったときの音形、音楽を聞いたときにうける独特の感覚などがある。
言語体験
日本人に多いとされる[l]と[r]を区別できないという状態は、この2つの音または文字に対するクオリアが同一ということがありえる。ネコの声をあらわす擬音は英語、ドイツ語、フランス語、中国語では[m]をふくむが、日本語では[n]をふくむ。これを同じ音に対しクオリアが異なる例とする説明はありえる。
触覚体験
クオリア 様々なクオリア
触覚からもたらされるクオリアとしては、シルクの布を撫でた時に感じられるツルツルした感触、無精ひげの生えたあごを撫でた時に感じられるザラザラした感触、水を触ったときの感じ、他人の唇に触れたときの柔らかい感じなどがある。
この形の分子を吸い込むと、メントールの香り、いわゆるミントの香りがする。
嗅覚体験
嗅覚から得られるクオリアは、もっとも言葉で表現しにくい感覚のひとつである。朝、台所から流れてくる味噌汁の香り、病院に漂う消毒液の匂い、公衆便所の芳香剤の臭いなど。 分子レベルのメカニズムとしては、臭いは鼻腔の奥の嗅細胞において検知される。ここで鍵と鍵穴の仕組みで、レセプターに特定の分子が結合した際に、特定の香りが体験される。しかしながら、ある特定の形状の分子が、なぜある特定の香りをともなっているのか、まだ分かっていない。また、マツタケのにおいを芳香と感じる民族と悪臭と感じる民族があるように、民族により臭いのクオリアも違う可能性がある。
味覚体験
クオリア 様々なクオリア
味覚は甘味、酸味、塩味、苦味、うま味の五つの基本味から構成されていると考えられており、これらの組み合わせによって数々の食料・飲料品の味が構成されている。分子レベルのメカニズムは、嗅覚と同様に、舌にある味覚受容体細胞において、鍵と鍵穴の仕組みでレセプターに特定の分子が結合すると、特定の味が体験されることになる。しかしながら、嗅覚の場合と同様、ある特定の形状の分子が、なぜある特定の味をともなっているのか、まだ分かっていない。
痛覚
痛みの感覚は哲学者たちにとって、主観的な感覚について議論するための代表的な素材の一つとなっている。痛みに関する情報を伝達するC線維（疼痛）のような神経線維の活動電位と、火傷した皮膚のチリチリした痛みや、虫歯がもたらすズキズキとした感覚との間には、どういう関係があるのか。それは同一性の関係か、または別の種類のたとえば付随性といった関係か、といったことが議論される。ちなみに神経科学者のクリストフ・コッホは虫歯になってその痛みに苦しんでいるときに、「歯痛がなぜ「痛い」のか、自分の持つ生理学の知識では理解できない」と思い、そこから意識の研究者となることを志したという。
他にも冷熱体験や、さらには感情もクオリアをともなうと考えられている。
心的表象、意識的な思考、そして自分という感覚は、それが質感を持つかどうかについて議論が分かれる。
このようなクオリアの種類のことを感覚のモダリティーと呼ぶ。感覚のモダリティーは基本的にお互いに異なっているのだが、時には違ったモダリティーが混ざり合うこともあり、そのような現象は共感覚と呼ばれている。
クオリア 定義と性質
Daniel Dennett はクオリアの要因として４つの特性を示した。
これによるとクオリアはつぎの４性質を備える。
クオリアがどういったものかであると定義するかには様々な考え方があるが、おおよそ次にあげるような性質があるものとして議論される。
言語化不可能（英: ineffable）
体験される質感そのものを言語化して伝えることは困難であるとされる。例えば生まれつきの色盲の人に「赤い」というのがどういうことか、「青い」というのがどういうことかを伝えようにも、言語化して質感そのものを伝えることには困難をともなう。質感そのものを言語として概念化しがたいことは、質感が言語という情報と直接的な因果関係がない（英: no conceptual）ものだからという推測がある。
誤り不可能（英: incorrigible）
クオリアの性質として、それは誤り得ない（訂正を受けない）との主張がある。人は様々な錯覚を持ったり、また時に幻聴を聞いたり、外界の実在と対応しない人特有の様々な感覚を持つ。しかしそうした体験された感覚自体は、誤りえない実際の体験であるとの主張がある。
私秘的（英: private）
他者から観測できない個人的なものである、とされる。本人が特権的にアクセスできるという意味で特権的アクセス（英: privileged access）という用語も存在する。
クオリア クオリアに関する思考実験
クオリアの問題を扱った思考実験に以下のようなものがある。
逆転クオリア
同等の物理現象に対して、異質のクオリアがともなっている可能性を考える思考実験。色についての議論が最も分かりやすいため、色彩について論じられることが最も多い。同じ波長の光を受け取っている異なる人間が、異なる「赤さ」または「青さ」を経験するパターンがよく議論される。逆転スペクトルとも呼ばれる。
哲学的ゾンビ
すべての面で普通の人間と何ら変わりないが、クオリアだけは持たない、という仮想の存在。心の哲学において、クオリアという概念を詳細に論じるためによく使われる。
マリーの部屋
生まれたときから白黒の部屋に閉じ込められている仮想の少女マリーについてのお話。マリーは白、黒、灰色だけで構成された部屋の中で、白黒の本だけを読みながら色彩についてのありとあらゆる学問を修める。その後、この部屋から解放されたマリーは色鮮やかな外の世界に出会い、初めて色、というものを実際に体験するが、この体験（色のクオリアの体験）は、マリーのまだ知らなかった知識のはずである。このことからクオリアが物理学的・化学的な現象には還元しきれないことを主張する。
クオリア クオリアに関する思考実験
コウモリであるとはどのようなことか
コウモリはどのように世界を感じているのか。コウモリは口から超音波を発し、その反響音をもとに周囲の状態を把握している（反響定位）。コウモリは、この反響音をいったい「見える」ようにして感じるのか、それとも「聞こえる」ようにして感じるのか、または全く違ったふうに感じるのか（ひょっとすると何ひとつ感じていないかも知れない）。こうしてコウモリの感じ方、といったことを問うこと自体は可能だが、結局のところ我々はその答えを知る術は持ってはいない。このコウモリの議論は、クオリアが非常に主観的な現象であることを論じる際によく登場する。
クオリア 自然科学との関係
たとえばリンゴの色について考えた場合、自然科学の世界では「リンゴの色はリンゴ表面の分子パターンによって決定される」とだけ説明する。つまり、リンゴ表面の分子パターンが、リンゴに入射する光のうち700ナノメートル前後の波長だけをよく反射し、それが眼球内の網膜によって受け取られると、それが赤さの刺激となるのだ、と説明する。そしてこの一連の現象のうち、
という点に関しては神経科学でも物理学でも哲学でも、専門分野の違いに関わりなく、ほぼすべての研究者の間で意見が一致する。
だがこうした物理学的・化学的な知見を積み重ねても最後のステップ、すなわち「この波長の光がなぜあの「赤さ」という特定の感触を与え、この範囲の光はどうしてあの「青さ」という特定の感触を与えるのだろうか」といった問題は解決されない。
この現在の自然科学からは抜け落ちている残されたポイント、すなわち「物理的状態がなぜ、どのようにしてクオリアを生み出すのか」という問題について、哲学者ディビッド・チャーマーズは1994年、ツーソン会議という意識をテーマとした学際的なカンファレンスで「それは本当に難しい問題である」として、その問題に「ハード・プロブレム」という名前を与えた。
クオリア 自然科学との関係
向精神薬や大脳皮質への電気刺激の実験などからも分かるように、「脳の物理的な状態」と「体験されるクオリア」の間には因果関係があると推測される。しかしながらそれが具体的にどのような関係にあるのかはまだ明らかではない。この「脳の物理的な状態」と「体験されるクオリア」がどのような因果関係にあるのか、という問題に対しては、抽象的ではあるが様々な仮説が提唱されている。こうした「クオリアを整然とした自然科学（とりわけ物理学）の体系の中に位置づけていこう」という試みは、クオリアの自然化（英語: naturalization of qualia）と呼ばれ、心の哲学における重要な議題のひとつとなっている。
クオリア クオリアに関する様々な立場
クオリアに関する議論は様々な論点が知られている。なかでも最も大きな論争となるのは、クオリアは現在の物理学の中でどこに位置づけられるのかという、形而上学的・存在論的な位置づけについての哲学的な議論である。この問題に対する考え方や分類は論者によって様々であり、一概に分類することはできない。しばしば、各人の立場は物理主義から二元論までの段階的なスペクトルのどこかに位置づけられるとも言われる。ここでは簡単に心身問題の伝統的な三つの立場、物理主義的立場（いわゆる唯物論的立場）、そして二元論的立場、そして観念論的立場、の三つに分けて説明する。現在の議論の中心は主に物理主義的な立場と二元論的な立場の間で行われている。哲学的な立場に関するより詳細な分類についてはチャーマーズによるA, B, C, D, E, Fの6分類などがある。
クオリアは何か非常に真新しく、現在の物理学の中には含まれていないもののように見えるが、そんなことはない、すでに含まれているのだ、という立場。こうした立場は一般に唯物論または物理主義的と呼ばれる。
クオリア クオリアに関する様々な立場
この立場を取る世界的に有名な論者としてフランシス・クリック、ダニエル・デネット、チャーチランド夫妻（パトリシア・チャーチランド、ポール・チャーチランド）が、また日本語圏で有名な論者として信原幸弘、金杉武司がいる。この立場ではフロギストン、カロリック、生気といった科学史上の誤りを例にとって、クオリアもそうした例のひとつに過ぎないと考える。物理主義的立場には、同一説、機能主義、消去主義、表象説、高階思考説など様々なバージョンがある。
クオリアに関する物理主義的立場の代表的なものの一つが、志向説（表象説）である。その主要な論者はギルバート・ハーマン、マイケル・タイ、フレッド・ドレツキである。彼らによれば、クオリアは（あるいはクオリアの代わりにあるものは）、ある種の志向的内容（表象内容）である。このようにクオリアと志向性の関わりを積極的に提案する者はしばしば物理主義者であり、かつしばしば機能主義者であるが、必ずしもそうとは限らない。例えばデイビッド・チャーマーズは物理主義者ではないが、クオリアと志向性に密接な関わりがあると考えている。
クオリア クオリアに関する様々な立場
クオリアは現在の物理学の範囲内には含まれていない、と考える立場。つまり既知の物理量の組み合わせでクオリアを表現することはできない、という立場。こうした立場は一般に二元論的と呼ばれる。ただし二元論と呼ばれてはいるが、霊魂や魂の存在を仮定するデカルト的な実体二元論を主張しているわけではない。この点を区別するために現代の意識に関する二元論のことを自然主義的二元論とも言う。
この立場は大きく次の二つに分かれる。ひとつは「物理学の拡張によって問題は解決される」という立場である。そしてもう一つは「そもそも私達人間の思考能力、認知能力の範囲内では、この問題は解けない」という立場である。
クオリアは現在の物理学に含まれていないから、クオリアを含んだより拡張された物理学を作ろう、という立場。世界的に有名な論者としてデイビッド・チャーマーズ、ロジャー・ペンローズが、またペンローズの流派に属する日本語圏で有名な論者として茂木健一郎がいる。この立場には二つの違った流れがある。
1. 情報に注目する立場
クオリア クオリアに関する様々な立場
クオリアと物理現象の間をつなぐ項として、情報に注目している一連の研究の流れがある。ジョン・アーチボルト・ウィーラーの 「it from bit」（すべてはビットからなる）という形而上学に影響を受けて主張されたデイビッド・チャーマーズの情報の二面説（英語: dual-aspect theory of information）や、ジュリオ・トノーニの意識の情報統合理論のような数学的な構成を持った理論がある。トノーニは意識の単位はビットだと主張する。
2. 量子力学に注目する立場
→詳細は「量子脳理論」を参照
クオリアと量子力学における観測問題との間に何らかの関係があるのではないか、と考える一連の研究の流れがある。しばしば量子脳理論と一括りで表現されることもあるが、そうした理論の中で最も有名なものとして、ロジャー・ペンローズとスチュワート・ハメロフの提唱する波動関数の客観収縮理論（Orch-OR Theory）がある。この理論によれば、脳内でチューブリンというタンパク質の波動関数が収縮する際に、意識体験（クオリア）が生まれる、とされる。そしてこの収縮が連続して継起することで意識の流れが生み出される、とされる。ただこれは理論物理学者が思考例として提示した仮説に過ぎないものであり、その内容はまだいたって概念的なものであって、数式や方程式の形で具体的に示されているわけではない。
クオリア クオリアに関する様々な立場
クオリアは現在の物理学に含まれておらず、ハードプロブレムは依然として残っているが、私たち人間の能力では、この問題は解くことができないだろう、と考える立場。一般に新神秘主義と呼ばれる。
代表的な論者にトマス・ネーゲル、コリン・マッギン、スティーブン・ピンカーなどがいる。ネーゲルは意識の主観性の問題を解決するには、宇宙に関する見方を根本的に変えるような概念枠の変化がない限り無理だろう、と考える。マッギンは、人間という種が持つ固有の認知メカニズムはある一定の能力的限界を持っており、そのキャパシティを超えた問題が人間には把握できない、という認知的閉鎖（英語: cognitive closure）の概念を軸に置く。そして意識の問題はそうした私たち人間のキャパシティの範囲を超えた問題、つまり解決できない問題なのだと考える。
クオリア クオリアに関する様々な立場
主観性を思考の出発点に置きつつ物理主義と二元論の間の対立の構図を批判する立場がある。この立場から主張される主な論点として、物理主義も二元論もともに客観的な物理的実在を最初から前提している事についての批判、がある。たとえばマックス・ヴェルマンズ（Max Velmans）は再帰的一元論（英語: reflexive monism）と呼ぶ自身の立場の中で（2008年、Reflexive Monism）、客観的な物質概念は意識体験から得られたものであり、客観的な物質概念を最初から前提している立場は、それが物理主義的立場であれ二元論的立場であれ、そもそもの議論の前提がおかしいと主張する。こうした立場からの分析は現象学的アプローチ（Phenomenological approach）とも呼ばれる。
クオリア クオリアに関する様々な立場
日本語圏では永井均がこれと似た主張を行う。永井は客観的な物質概念はもとより、現象意識という概念も一種の構成概念であるとし、まずあるのはたった一つの自分の主観性（永井は＜私＞、「これ」などと書く）だけである点を強調する。加えて永井は主観的な意識の問題は、「現在であること」（現在性、now）、「現実であること」（現実性、actuality）などと同じ、内容的規定性を持たないという点からくる問題だとする（「今」が人によって違っても何も違うと言える所がない、この世界が実在の世界でなくただの可能世界であっても何も違うと言える所がない、この世界から＜私＞が消え去っても何も違うと言える所がない）。それゆえに、この問題は真性の問題ではあるけれども、にもかかわらず公共的な言語の上では語ることができないもの（ウィトゲンシュタインが言うところの「語り得ないもの」）であり、言語で取り扱えないものだとする。
科学の立場からの研究においては、上に述べたようなクオリアに関する存在論的な議論（「この世界に本当にあるのは何か？」という議論）には直接関わらないのが一般的である。神経科学分野の有名な（非常に分厚い）教科書 カンデルの Principles of Neural Science では意識の主観性の問題に数ページを割いている。そこでは、科学者にはハードプロブレムに直接取り組む前にやるべき事がまだ数多くあるのでそこを研究していけばよい、ということを科学者としての一つの一般的姿勢として示している。フランシス・クリックは「ハードプロブレムに直接取り組むべきでない」こと、またクリストフ・コッホは「意識の神経相関物と意識体験の関係を仮定せず」に研究を行うことを書いている。こうした科学者の主張する内容にはいくつかの点があるが、主に次のようなものがある。
こうした考えを背景に科学者は意識体験に関する実証的な調査・研究を進めている。
意識と相関するニューロン（意識に相関した脳活動：NCC: neural correlates of consciousness 特定の意識体験を起こすのに必要な最小のニューロンのメカニズムとプロセス）を同定していく研究。クリストフ・コッホが有名である。
これはNCCの研究と並行するが、盲視、半側空間無視、共感覚、幻肢痛、といった様々な事例・症例の調査・研究をもとに質感の問題にアプローチしていくスタイル。ラマチャンドランが有名。
一般に科学者たちは哲学的な意味での自身の立場ははっきりと主張しないことが多い。科学者ならば全員が物理主義者なのだろう、とも思うかもしれないが、別にそういう分けではなく、各人のクオリアに対する哲学的な立場は様々である。たとえば運動準備電位の研究で有名なベンジャミン・リベットや、また睡眠の研究者であるジュリオ・トノーニのように、自然主義的二元論的な意識についての理論を発表している者もいるし、またヴィラヤヌル・ラマチャンドランのように自分は中立一元論者だとはっきり哲学的なポジションを明言しているような科学者もいる。
クオリア 論点
クオリアという主題には数多い論点があり、その全体をここで網羅しきることはできない。幾つかの代表的な論点を挙げる。
まず有名な論点として「そもそもクオリアなんてない」という非常に根本的な反論がある。こうした主張を強く行う人物として有名な哲学者としてダニエル・デネットがいる。デネットの立場は消去主義的唯物論（Eliminative materialism）、または消去主義（Eliminativism）と言われる。デネットが行う主張を左側として、デネットがその論敵としている対立側を右側として、両サイドがどういった点で対立し、そしてどういう点では一致しているのか、その状況を以下に簡単に一覧する。
クオリア 論点
デネットからすると、クオリアがある、などという主張は錯覚でしかなく、ハードプロブレムは完全な擬似問題である。しかし質感があると確信している側は、この問題を「錯覚」として消去しようという主張は、あり得ないとして拒絶する。この点についてデネットは、これほど強い錯覚が生じるのは、それを担っている一定の神経基盤があるからだろうと論じる。心理学者ニコラス・ハンフリーもデネットと似た立場を取る。ハンフリーによれば、ヒトにとって意識が不可解に思えるのは、そういう錯覚を生み出す機構が脳内にあるからであり、そして「不可解に思えること」それ自体が進化的な意味を持っている、とする。つまり意識が不可解に思えるという錯覚が、不滅の霊魂や来世といった信念の余地を残し、それにより知性を持った人間を完全な絶望からくる自殺から遠ざける、といった意味を持っただろうとする。つまり「意識を不可解であると誤解する機能」からの適応度の向上（残される子孫の数の増加）への寄与があったのではないか、とする。
クオリア 論点
逆にネド・ブロックなどは、デネットは認知に関わるある種の機能障害を持っているのではないか、という可能性を指摘する。ブロックがこうした主張を行う背景には一定の経験がある。ブロックは自身の教員としての経験から、現象性の問題を理解できない人が、なぜかは分からないが一定数いる、と語っている。ブロックによれば、大学初年度の学生に逆転クオリアの思考実験について説明すると、およそ3分の2の学生は「何を言ってるか分かる」と答えると言う。中には小さいころから自分でその問題を考えていた、という学生もいるという。しかし残りの3分の1の学生は「何の話をしているのか分からない」と答えると言う。ブロックは逆転クオリアの思考実験は、10歳に満たない自分の娘でも理解できたのに、なぜ一部の大学生に理解できないなどという事があるのか、と疑問を持つ。そしてブロックは、ある種の認知的な機能の違いが、現象性の問題の理解を妨げてるのではないかという可能性を指摘する。そしてそうした人の中から、デネットのような主張を行う人が出てくるのではないか、とする。そして、こうした機能的差異は実験的に研究できる対象であろうから、逆転クオリアのようなある種の思考実験への反応と、他のファクターとの相関を取って研究することが可能ではないか、と指摘する。
こうして両サイドの主張は真っ向から食い違っているものの、現象判断の過程、つまりクオリアについて判断している神経過程について科学的に研究することが重要だ、という点では、両サイドにいる多くの論者の考えは一致している。
東北本線
東北本線（とうほくほんせん）は、東京都千代田区の東京駅から岩手県盛岡市の盛岡駅を結ぶ東日本旅客鉄道（JR東日本）の鉄道路線（幹線）である。
本線（首都圏では日暮里駅 - 田端駅 - 上中里駅 - 赤羽駅 - 浦和駅 - 大宮駅間、仙台地区では長町駅 - 仙台駅 - 東仙台駅間を経由）のほか、日暮里駅 - 尾久駅 - 赤羽駅間、赤羽駅 - 武蔵浦和駅 - 大宮駅間（埼京線の一部）、長町駅 - 東仙台駅間（通称：宮城野貨物線）、岩切駅 - 利府駅間（通称：利府線）の支線を持ち、これらの正式な線路名称は東北本線である。なお、2015年に開業した松島駅 - 仙石線高城町駅間の連絡線（仙石線・東北本線接続線）も同様に東北本線の一部区間として扱われている。
広義では、東北新幹線も東北本線に含める場合があるが、本項目では在来線としての東北本線について記す。新幹線については「東北新幹線」などの新幹線路線記事を、また在来線の地域ごとの詳細（直通路線系統などは後節を参照）および東北新幹線の八戸駅および新青森駅延伸に伴って第三セクター鉄道に移管された盛岡駅以北については以下の記事も参照。
東北本線 概要
東北本線は、もともと日本鉄道が建設した路線で、上野駅から青森駅までの線路と、上野駅と秋葉原駅までの貨物線の線路からなる、日本最長の営業キロを持つ路線であった。東京と青森の間を、大宮・宇都宮・郡山・福島・仙台・一関・盛岡・八戸を経由して、関東地方内陸部と東北地方内陸部を縦断して結んでいた。これはのちに開業する東北新幹線設置駅とも同様であり、ほぼ並走している。途中、岩沼 - 松島では仙台湾沿岸地域を通り、八戸以北では太平洋や陸奥湾の沿岸地域を通っていた。
東北本線 概要
1891年（明治24年）に全線開通、その後1925年（大正14年）の山手線環状運転開始時に敷設された東京駅 - 秋葉原駅間の電車線も東北本線に組み込まれ、営業キロが739.2 km と日本最長の路線となった。第二次世界大戦終結後の高度経済成長期には長距離の特急・急行列車が大幅増発されたが、1982年（昭和57年）に東北新幹線の大宮駅 - 盛岡駅間が開業すると、長距離列車は新幹線経由での運行に移行し、並行する東北本線在来線列車は中距離列車に置き換えられた。東北本線の旅客輸送は地域輸送中心の体制に移行しており、全線を走行する定期旅客列車は存在せず、栗橋駅 - 岩沼駅間、石越駅 - 盛岡駅間には特急列車は運行されていない。2002年（平成14年）12月1日には同新幹線の盛岡駅 - 八戸駅間が開業、2010年（平成22年）12月4日には八戸駅 - 新青森駅間も開業し、その区間で並行する東北本線在来線はJR東日本から第三セクター鉄道会社（盛岡駅 - 目時駅間はIGRいわて銀河鉄道、目時駅 - 青森駅間は青い森鉄道）に経営が移管された。この結果、東北本線在来線は東京駅 - 盛岡駅間の全長535.3 km（支線含まず）の路線となり、山陰本線・東海道本線に次ぐ在来線で3番目に長い路線となった。
東北本線 概要
東北本線には旅客列車のほか、首都圏と沿線各地や北海道を結ぶJR貨物の貨物列車も多数運行されており、隅田川駅 - 札幌貨物ターミナル駅間は「北の大動脈」とも比喩されている。多くの貨物列車が東海道本線を経て東海道・山陽・九州方面と、IGRいわて銀河鉄道線・青い森鉄道線・海峡線を経て北海道方面と直通している。
電化方式は栃木県の黒磯駅を境に、同駅以南では直流電化 (1,500 V)、以北では交流電化 （20 kV・50 Hz） となっており、普通列車は黒磯駅以南では直流電車、黒磯駅 - 白河駅間では交直流電車、新白河駅以北では交流電車がそれぞれ使用されている（使用車両節参照）。黒磯駅を越えて運転される在来線旅客列車は、臨時列車のみで、定期旅客列車は存在しない。
東北本線の線路名称上の起点は1925年（大正14年）以来東京駅であり、同駅は1991年（平成3年）以来東北新幹線の起点ともなっているが、旅客案内上や時刻表などで「東北本線」と呼ばれている中・長距離旅客列車は1960年代以前の一部の東海道線（東海道本線）直通列車を除いて長年にわたり、東京都台東区の上野駅を起点として運行されていた（後節を参照）。また、1968年（昭和43年）9月30日まで大宮駅 - 赤羽駅間は国電（京浜東北線）と列車が同じ線路を共用していたが、翌10月1日に電車線と列車線に分離が行われ、現在の系統別の運転方法が完成した。東京駅 - 上野駅間の列車線は東北新幹線東京駅延伸による用地確保のため1973年（昭和48年）に廃止され、それ以降は電車線を走行する東京近郊の近距離電車（運行系統としての中央線・山手線・京浜東北線）のみとなっていた が、廃止から42年後の2015年（平成27年）より同区間の列車線が再び敷設され上野東京ラインとして東海道線との相互直通運転が再開された。
東北本線 線路名称と愛称、路線系統名称
今日の「東北本線」と呼ばれる線路は、日本鉄道の時代は「奥州線」、「日本線」と呼ばれたり、地図上では「東北鉄道」などの記載も見られたりしたが、同社の定款では「第一区」から「第五区」、国有化直前時点の定款では仙台駅を境に「本線南区」・「本線北区」と称していた。国有化後の1909年（明治42年）10月12日には国有鉄道線路名称（明治42年鉄道院告示第54号）により、当線は主な経由地（福島県・宮城県・岩手県・青森県）の地方名として定着していた「東北」を冠し「東北線の部」（略称：東北線）の東北本線となった。この時「東北線の部」に属していた路線は東北本線、山手線、常磐線、隅田川線、高崎線、両毛線、水戸線、日光線、岩越線、塩釜線、八ノ戸線（現・八戸線）の11路線であり、東北本線はこの中の「本線」とされ「東北線の部」の中核となった。主要経由地の4県は明治以前の令制国では陸奥国（奥州）の地域であったが、戊辰戦争の戦後処理の一環で明治政府が出羽国（羽州）と共に1868年（明治元年）に分割（「陸奥国 (1869-)」参照）、これに伴い民権派が薩長土肥を『西南』と呼んだのに対し、旧奥羽両国を指す新名称として明治10年代から使用し、当線の改称時には一般化していた「東北」が採用された。
東北本線 線路名称と愛称、路線系統名称
今日の東北本線では、当路線内運行の列車のほか、当線経由で他線各地に向かう列車も運行されている（地域輸送を参照）。こと東京駅 - 大宮駅間ではかつての国電である近距離電車（山手線・京浜東北線・埼京線）がそれぞれ専用の線路で運行されており、旅客案内上では「東北本線」や「東北線」ではなくこれらの運行系統の名称が使用されている。上野駅を発着する黒磯駅までの中距離列車に対してはかつて「東北線」と呼ばれていたが、国鉄分割民営化後の1990年（平成2年）3月10日に宇都宮線という愛称が与えられた（命名経緯については「宇都宮線#「宇都宮線」の愛称制定後」を参照）。また、山手線池袋駅や新宿駅を発着する中距離列車も運行されるようになり、これらは2001年（平成13年）に東海道本線・横須賀線への直通運転へと発展し湘南新宿ラインという愛称が与えられた。このほか中央本線（中央線）・常磐線（常磐線快速）・高崎線や武蔵野線の列車も当路線に乗り入れており、東京駅 - 上野駅間を経由して東海道線と宇都宮線・高崎線・常磐線を直通する系統は上野東京ラインと呼ばれている。
東北本線 線路名称と愛称、路線系統名称
東北新幹線については、1982年（昭和57年）6月の暫定開業（大宮駅 - 盛岡駅間）時は東北本線の複線増扱いであり、線路名称に記載はなかったが、1982年（昭和57年）11月以降は、東北本線の支線扱いとなり区間が記載され、JR線路名称公告でもその扱いが引き継がれ、その後の盛岡駅以北の延伸開業後の並行在来線が分離された盛岡駅 - 新青森駅間も営業中の他の整備新幹線が独立した線路名称を持っているのとは異なり、東北本線（支線）扱いとなっている。
なお、「日本国有鉄道の事業等の引継ぎ並びに権利及び義務の承継等に関する基本計画」（JR事業基本計画）に基づく国土交通省への提出書類および国土交通省鉄道局監修『鉄道要覧』では、東北本線は「東北線」、東北新幹線は独立した路線として記載されている。
路線愛称・通称
東北線（東京駅 - 盛岡駅間）
宇都宮線（東京駅 - 尾久駅 - 黒磯駅間の列車線）
京浜東北線（東京駅 - 大宮駅間の電車線）
東北貨物線（田端駅（田端信号場駅） - 大宮駅間の貨物線）
埼京線（赤羽駅 - 武蔵浦和駅 - 大宮駅間）
宮城野貨物線（長町駅 - 仙台貨物ターミナル駅 - 東仙台駅間）
利府線（岩切駅 - 利府駅間）
仙石線・東北本線接続線（松島駅 - 高城町駅間）
路線系統名
上野東京ライン（宇都宮線の東海道線直通列車）
湘南新宿ライン（宇都宮線の横須賀線直通列車）
仙台空港アクセス線（名取駅 - 仙台駅間の仙台空港鉄道直通列車）
仙石東北ライン（仙台駅 - 塩釜駅間の仙石線直通列車）
東北本線 東北本線の起点
東北本線の線区上の起点は1925年（大正14年）以来東京駅であるが、1885年（明治18年）の開業以来1925年まで、東北本線在来線列車の始発駅は上野駅となっていた。貨物運輸のため上野駅 - 秋葉原駅間には貨物線が敷かれていたが、この区間はもともと江戸の下町に当たり線路敷設が避けられていたこともあって、はじめて旅客列車が発着するようになるのは1925年に山手線が現在のような環状運転を行うために電車線を敷設・開業してからのことで、それまでは山手線も上野駅を始発・終着駅として運転されていた。なお、4年後の1928年（昭和3年）には現在の宇都宮線にあたる東北本線の列車線が東京駅 - 上野駅間に複線で開業しており、路線としては名実ともに東京駅を起点とする形となった。戦後は東京駅 - 上野駅間列車線の単線化・回送線化や1973年（昭和48年）の列車線分断による東海道本線への直通列車の廃止などがあり東北本線列車線の列車は基本的に上野駅発着となる。以降、上野駅は北のターミナルとして、東北・信越地方や関東北部へ向かう列車の始発・終着駅としての歴史を刻み、現在も首都圏中距離電車のほか、常磐特急「ひたち」・「ときわ」などが上野駅ホームを発着している。
東北本線 東北本線の起点
第二次世界大戦終結後の1946年（昭和21年）11月5日、GHQが東北本線方面に向かう占領軍専用列車を横浜駅発着で走らせて以来、東北新幹線東京駅乗り入れ工事が着手される1973年までは、上野駅発着の優等列車および朝夕の中距離列車の一部が東京駅や新橋駅、さらには神奈川県、静岡県方面から東海道本線経由で直通運転されたが、東北新幹線建設の際に東京駅 - 秋葉原駅間の列車線施設が新幹線用地とされ、以来電車線（山手線・京浜東北線の線路）のみが東京駅に繋がり、中・長距離定期列車はすべて元の上野駅（あるいは池袋駅・新宿駅）を始発・終着駅とするようになった。また、新幹線に流用されなかった秋葉原駅 - 上野駅間の線路は留置線・回送線として使われるようになった。
その後、東北本線中距離列車の運行区間を東京駅、品川駅方面へ延伸し、東海道本線と相互直通運転する計画が企画され、2015年（平成27年）3月14日から「上野東京ライン」として、列車線も、東北本線本来の起点である東京駅を経由して運転されている。
なお、2002年（平成14年）12月以降、当線の終点は盛岡駅となっているが、JRより経営分離された盛岡以北のいわて銀河鉄道線 (IGR) および青い森鉄道線内のキロポストは従前のまま東京起点からの通算表示となっている（盛岡駅構内にIGR線用の、目時駅構内に青い森鉄道線用の各0キロポストは設置されていない）。
東北本線 歴史
東北本線の建設計画は、明治初期に東京以北の鉄道敷設を主張する高島嘉右衛門の意を受けた右大臣岩倉具視が、当時イギリス留学中の蜂須賀茂韶および鍋島直大に諮り、1871年（明治4年）に「東京より奥州青森に至る鉄道」と「東京より越後新潟に至る鉄道」の必要性が政府に提言されたことに始まる。翌年にはこれに賛同した徳川慶勝ら華族による鉄道建設運動が始まり、国家予算に頼らない私設鉄道建設の機運高まる1880年（明治13年）、華族のみならず士族、平民にわたる人々の賛同を得て、以下のような全国への鉄道を建設することを目的とする、日本初の私鉄「日本鉄道会社」が設立された。
東北本線 歴史
この第一番目の計画の背景として、明治新政府は北海道では1869年（明治2年）に開拓使を設置して開拓を進め、東北地方では1878年（明治11年）の土木7大プロジェクトなどで開発を推し進めており、それに必要な資材を輸送するために早急な鉄道建設が必要と考えていたことや、東北の物産を関東に運搬しさらに横浜港に接続する鉄道が望まれていたこと等が挙げられている。実際にはこの計画は上野駅 - 前橋駅（内藤分停車場）間と大宮駅 - 青森駅間の線路として建設、実現化された。当初、これらの路線は東京 - 高崎間が第一区線、第一区線の途上駅 - 宇都宮 - 白河間が第二区線、白河 - 仙台間が第三区線、仙台 - 盛岡間が第四区線、盛岡 - 青森間が第五区線とされ、この順番で建設が進められた。
東北本線 歴史
第一区線はもともと京浜線（新橋 - 横浜間の鉄道）の間にある品川から山手を経て赤羽、川口と経る経路が計画されたが、起伏地の多いこの区間の建設には技術的に時間がかかることが想定されたため、まずは上野を起点とし赤羽に至る経路で建設することとなった。1883年（明治16年）7月28日、日本初の「民営鉄道」として上野駅 - 熊谷駅間が開業した。開業時の開設駅は上野駅（・王子駅）・浦和駅（・上尾駅・鴻巣駅・熊谷駅）で、現在は中距離列車の停車しない王子駅も含まれていた一方、大宮には駅が設置されなかった。翌1884年（明治17年）に高崎駅、前橋駅まで延長され、第一区線は全通した。高崎まで開通した同年6月25日には、明治天皇臨席のもと上野駅で開通式が行われ、この際に明治天皇は上野 - 高崎間を往復乗車した。
東北本線 歴史
一方で、第二区線の敷設経路についてもいくつかの案（熊谷、大宮、岩槻分岐案）が提示されていた。当時、現栃木県域の実業家等は養蚕業および製糸業の中心地である両毛地区（現在の桐生市・足利市・佐野市付近）を経由して第二区線を建設することを求めて日本鉄道会社に出資し、また政府も養蚕・製糸業を殖産業に位置づけていたため、これを経る熊谷分岐案が最有力と見られていた。一方、もともと第一区線と第二 - 五区線は東京から個別の線路とすべきとの考えを持っていた当時の鉄道局長井上勝は、政府諮問に対し、第一区線を最短経路の赤羽 - 浦和 - 岩槻と敷き、第二区線は岩槻で分岐する岩槻分岐案を答申したアメリカ人鉄道技師クロフォードの意見、また第一区線を赤羽 - 浦和 - 大宮と敷き、第二区線は大宮で分岐する大宮分岐案を答申したイギリス人鉄道技術者ボイルの意見も含め、「足利方面には支線敷設が妥当」とする上申書を工部卿・佐々木高行に提出、宇都宮以北への最短ルートである大宮分岐案または岩槻分岐案が残り、最終的には井上勝の判断によって、平坦地を通り建設費用も格段に安く日本陸軍も支持していた大宮分岐案が採用された。この決定により、上野駅 - 前橋駅間の日本鉄道第一区線の大宮に大宮駅が開設され、この大宮駅を分岐点として第二区線が建設されることとなった。
東北本線 歴史
第二区線の建設は急ピッチで進められ、まず、1885年（明治18年）7月に大宮駅 - 宇都宮駅間の営業が開始され、途中には蓮田・久喜・栗橋・古河・小山・石橋の各駅（停車場）が設置された。当時利根川への架橋が完了しておらず、この区間には渡船が運行され、栗橋駅 - 古河駅間の現在の利根川畔には中田仮停車場が設けられて利根川鉄橋の開通まで運用された。開通式は上野駅と宇都宮駅で行われ、当日は宮内卿伊藤博文、鉄道局長井上勝、東京府知事渡辺洪基が上野駅 - 宇都宮駅間を往復し、栃木県知事樺山資雄は一行を中田仮停車場にて出迎えた。後に完成した利根川鉄橋は、当時の日本最大の鉄橋となり、開通時には明治天皇が上野駅 - 栗橋駅間を往復して利根川への架橋を賞賛した。
東北本線 歴史
以後、第二区線の残り区間および第三・第四・第五区線は引き続き段階的に那須、郡山、塩竈、一関、盛岡、青森へと延伸されていった。第三区線の北半分の区間においては、1882年（明治15年）11月30日に福島から仙台区（現・仙台市）を経て石巻湾（仙台湾）の野蒜築港に至る経路で測量が認可された。しかし、野蒜築港が1884年（明治17年）9月15日の台風で損壊して機能不全に陥ったため、1886年（明治19年）より松島湾（仙台湾）の塩釜港で建設資材の陸揚げが開始された。このため第三区線の北半分の区間は、仙台駅を過ぎて塩竈駅（後の塩釜線塩釜埠頭駅。現在の塩釜駅とは異なる）まで至る経路で1887年（明治20年）12月に開通した。盛岡駅までの第四区線は、野蒜築港の挫折を受けて野蒜を経由しない経路になったため、仙台駅 - 塩竈駅間の途中にある岩切駅から分岐して松島丘陵を越えて北上する経路で建設された。盛岡駅 - 青森駅間の第五区線も1891年（明治24年）9月に開通して上野駅 - 青森駅間全通となった（直通は1日1往復。片道約26時間半。運賃下等4円54銭）。
東北本線 歴史
当線の上野駅 - 青森駅間の営業距離は新橋から東海道本線を経て山陽鉄道（現・JR山陽本線）岡山駅を過ぎた辺りまでとほぼ等しいが、山陽鉄道が倉敷まで開業したのが当線開通と同年の4月であったことを踏まえると、東京から北と西にほぼ等しい速度で鉄道が敷設されていったことが分かる。
1900年（明治33年）に大和田建樹が作詞した『鉄道唱歌』第3集奥州・磐城線編では、東北本線と常磐線の開通を以下のように祝って歌っている。
40番「勇む笛の音いそぐ人 汽車は着きけり青森に むかしは陸路廿日（はつか）道 今は鉄道一昼夜」
63番「むかしは鬼の住家とて 人のおそれし陸奥（みちのく）の はてまでゆきて時の間に かえる事こそめでたけれ」
64番「いわえ人々鉄道の ひらけし時に逢える身を 上野の山もひびくまで 鉄道唱歌の声立てて」
当時、当線は日本鉄道奥州線と言われており、現在の東北本線の名称となったのは日本鉄道が国有化された後の1909年（明治42年）のことである。
東北本線 歴史
また、当線の東京近郊区間には上野駅 - 大宮駅間を中心に三等車のみの近距離区間列車が複数設定され、現在の京浜東北線（東北本線電車線）が赤羽駅以南区間で運行開始されるまで、首都圏近距離区間輸送も担っていた。この京浜東北線開業後の1929年（昭和4年）6月、日暮里駅から北東に分岐し貝塚操車場まで伸びていた回送線を赤羽駅まで延伸したうえで貝塚操車場を廃止、同所に尾久駅を設けて列車線とすることで、鶯谷駅・田端駅・王子駅を経由していた中・長距離列車と近距離電車線を相互に独立した形で運行させることが可能となり、同年6月20日より尾久駅経由の運輸が開始された。
東北本線 歴史
第二次世界大戦中は戦時体制で運行本数は極限まで減らされたが、戦後はGHQの意図によって東京駅 - 上野駅間に東北本線の中・長距離列車が乗り入れ、青函連絡船・函館本線・室蘭本線等と一体化した東京 - 北海道間旅客輸送も行われた。さらに高度経済成長に伴う鉄道の高速化事業に乗り、当線も電化・複線化が進み、東京から宇都宮駅を経て栃木県の観光地（日光・那須方面）間を結ぶ中距離優等列車が当時最新型の157系「日光型」を使用して運行されたほか、当線の全線電化・複線化が完了した1968年（昭和43年）10月には「ヨンサントオ」と通称される白紙ダイヤ改正が実施され、これ以降東北本線にも485系電車や583系電車・455系電車・165系電車を用いた特急・急行列車が大増発された。
東北新幹線開業後は、長距離優等列車は新幹線経由で運行されることとなり、線路容量に余裕が生じた在来線では中距離普通列車が増発された。また、津軽海峡海底部に建設された青函トンネルの開通後は当線を経由して東京と北海道を結ぶ寝台特急列車や貨物列車が設定されるようになるという変化も起きた。1990年（平成2年）3月10日には、上野駅 - （日暮里駅） - 尾久駅 - 赤羽駅 - 黒磯駅間に「宇都宮線」の愛称が制定され、鉄道利用者がこの区間を「東北本線」や「東北線」と呼ぶことは少なくなった。