Cos'è la coscienza? Sì, in realtà, tutto. È una melodia bloccata nella testa, la dolcezza di una barretta di cioccolato, il dolore pulsante di un mal di denti, l'amore selvaggio, la consapevolezza che tutti i sentimenti svaniranno mai. L'origine e la natura di queste esperienze, a volte chiamate qualia, sono state un mistero sin dai primi giorni dell'antichità fino ai giorni nostri. Molti filosofi moderni che analizzano la mente, incluso Daniel Dennett della Tufts University, considerano l'esistenza della coscienza un insulto così palese a un universo di materia e vuoto senza senso da dichiararlo un'illusione. Cioè, negano l'esistenza dei qualia o sostengono che la scienza non lo capirà mai.
Se questa affermazione fosse vera, non avremmo nulla di cui parlare. Tutto ciò che deve essere spiegato a Krishtof Koch, che ha scritto questo saggio, è perché tu, io e tutti gli altri siamo fermamente convinti che abbiamo ancora dei sentimenti. Tuttavia, la convinzione che il dolore sia un'illusione non diminuirà quel dolore. Quindi, ci deve essere un'altra soluzione al problema del corpo e della mente. Inoltre - dalla prima persona.
La maggior parte degli scienziati dà per scontata la coscienza e si sforza di comprendere la sua connessione con il mondo oggettivo descritto dalla scienza. Più di un quarto di secolo fa, Francis Crick e io abbiamo deciso di mettere da parte le discussioni filosofiche sulla coscienza che hanno attratto gli scienziati dopo Aristotele e di cercarne le impronte fisiche. Cosa succede alla parte eccitata della sostanza cerebrale che dà origine alla coscienza? Una volta compreso questo, ci avvicineremo alla risoluzione di un problema più fondamentale.
Stiamo cercando, in particolare, i correlati neurali della coscienza (NCC, NCC), definiti come i meccanismi neurali minimi che saranno sufficienti per ogni particolare esperienza cosciente. Cosa deve accadere nel tuo cervello per farti provare un mal di denti, per esempio? Alcune cellule nervose devono vibrare a una certa frequenza magica? Devo attivare alcuni speciali "neuroni della coscienza"? In quali aree del cervello dovrebbero essere localizzate queste cellule?
Correlati neurali della coscienza
Quando si determina l'NCC, è importante capire dove si trova il minimo. Il cervello nel suo insieme può essere considerato un NCC: genera esperienze giorno dopo giorno, senza sosta. Ma la posizione della coscienza può essere ulteriormente recintata. Prendiamo, ad esempio, il midollo spinale: un lungo "tubo" flessibile di neuroni stipato nell'osso, con un miliardo di cellule nervose. Se il midollo spinale è completamente danneggiato nel corso di una lesione al collo, la persona diventa paralizzata alle gambe, alle braccia e al tronco, non sarà in grado di controllare l'intestino e la vescica e perderà il senso del corpo. Ma queste persone paralizzate continuano a godersi la vita in tutta la sua diversità: vedono, ascoltano, annusano, sperimentano e ricordano tutto com'era prima del triste incidente. Non possono camminare e defecano volontariamente.
Oppure si consideri il cervelletto, il "piccolo cervello" sotto la parte posteriore del cervello. È uno dei circuiti cerebrali più antichi da una prospettiva evolutiva, coinvolto nel controllo del movimento, della postura, dell'andatura e delle sequenze di movimento complesse. Suonare il pianoforte, battitura a macchina, danza sul ghiaccio o arrampicata su roccia sono tutti determinati dal lavoro del cervelletto. Contiene magnifici neuroni - cellule di Purkinje, che hanno antenne e che si diffondono come coralli marini e hanno dinamiche elettriche complesse. Ha anche il maggior numero di neuroni, dell'ordine di 69 miliardi, quattro volte più del resto del cervello messo insieme.
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Cosa succede alla coscienza se il cervelletto è parzialmente danneggiato a causa di un ictus o sotto il coltello di un chirurgo? Non importa. I pazienti con un cervelletto danneggiato lamentano alcune deficienze, non suonano anche il pianoforte o il tipo, ma non perdono mai alcun aspetto della coscienza. Ascoltano, vedono e si sentono benissimo, mantengono la loro autostima, ricordano gli eventi passati e continuano a proiettarsi nel futuro. Anche essere nati senza cervelletto non ha una forte influenza sull'esperienza cosciente dell'individuo.
Si scopre che l'enorme apparato cerebellare non ha nulla a che fare con l'esperienza soggettiva. Perché? Indizi importanti possono essere trovati nel suo circuito, che è estremamente omogeneo e parallelo (proprio come le batterie possono essere collegate in parallelo). Il cervelletto funziona in modo abbastanza diretto: un insieme di neuroni influenza il successivo e quello passa il testimone al terzo. Non ci sono circuiti di feedback complessi che si riflettono nell'attività elettrica che passa. (Dato il tempo necessario per lo sviluppo della percezione cosciente, la maggior parte dei teorici ritiene che dovrebbe includere circuiti di feedback nei circuiti cavernosi del cervello.) Inoltre, il cervelletto è funzionalmente suddiviso in centinaia o più moduli computazionali indipendenti. Ognuno di loro lavora in parallelo, con input e output separati e non sovrapposti,controllare i movimenti di vari sistemi motori o cognitivi. Interagiscono debolmente e la coscienza, al contrario, richiede il mutuo coinvolgimento di molti sistemi.
Una lezione importante che abbiamo imparato dal nostro studio sul midollo spinale e sul cervelletto è che il genio della coscienza non appare ogni volta che viene stimolato un tessuto nervoso. Bisogno di piu. Questo fattore aggiuntivo si trova nella materia grigia che costituisce la famosa corteccia cerebrale, la sua superficie esterna. È un foglio laminato di tessuto nervoso complesso e interconnesso, delle dimensioni e della larghezza di una pizza da 14 pollici. Due di questi fogli, piegati molte volte, insieme alle loro centinaia di milioni di fili - la materia bianca - sono strettamente martellati nel cranio. Tutto suggerisce che il tessuto neocorticale dia origine a sentimenti.
Puoi restringere ulteriormente la posizione della coscienza. Prendiamo, ad esempio, esperimenti in cui vengono applicati stimoli diversi agli occhi destro e sinistro. Diciamo che il tuo occhio sinistro guarda Donald Trump e il tuo occhio destro guarda Hillary Clinton. Si potrebbe immaginare che una persona vedrebbe una sovrapposizione di Trump e Clinton. In realtà, vedrai Trump per pochi secondi, dopodiché scompare e compare Clinton. Poi scomparirà e Trump tornerà. Due immagini si sostituiranno all'infinito a causa della rivalità binoculare: una guerra tra gli occhi per il primato. Poiché il cervello riceve un doppio input, non può scegliere tra Trump e Clinton.
Se, allo stesso tempo, ti trovi in uno scanner magnetico che registra l'attività cerebrale, gli sperimentatori scopriranno che un'ampia varietà di regioni della corteccia - la corteccia parietale posteriore - giocherà un ruolo significativo nel tracciare ciò che vediamo. Sorprendentemente, la corteccia visiva primaria, che riceve e trasmette le informazioni che riceve dagli occhi, non segnala ciò che il soggetto sta vedendo. La stessa divisione del lavoro vale per il suono e il tatto: la corteccia uditiva primaria e la corteccia somatosensoriale primaria non influenzano direttamente il contenuto dell'esperienza uditiva o somatosensoriale. Invece, il processo include la fase successiva - nella zona attiva della corteccia parietale posteriore - che dà origine alla percezione cosciente.
Più luce verrà fatta da due fonti cliniche di causalità: la stimolazione elettrica del tessuto corticale e l'esame dei pazienti dopo che aree specifiche sono state perse a causa di lesioni o malattie. Ad esempio, prima di rimuovere un tumore al cervello o un locus di crisi epilettiche, i neurochirurghi mappano le funzioni del tessuto corticale vicino stimolandolo direttamente con gli elettrodi. Stimolare la zona calda posteriore può innescare un flusso di sensazioni e sensazioni diverse. Questi possono essere lampi di luce, forme geometriche, smorfie, allucinazioni uditive o visive, una sensazione di déjà vu, il desiderio di muovere un certo arto, ecc. La stimolazione della corteccia anteriore è una questione completamente diversa: in generale, non crea alcuna esperienza diretta.
La seconda fonte di informazioni sono i pazienti dei neurologi della prima metà del XX secolo. A volte i chirurghi dovevano tagliare una grande cintura della corteccia prefrontale per rimuovere i tumori o per alleviare le crisi epilettiche. È straordinario quanto siano insoliti questi pazienti. La perdita di una parte del lobo frontale ha avuto alcune conseguenze deleterie: i pazienti hanno sviluppato una riluttanza a frenare emozioni o azioni inaccettabili, deficit motori, ripetizioni incontrollate di azioni o parole. Tuttavia, dopo l'operazione, si sono sentiti meglio e hanno continuato a vivere senza alcun segno di perdita o deterioramento dell'esperienza cosciente. Al contrario, la rimozione anche di piccole aree della corteccia posteriore, dove si trovavano le zone calde, potrebbe portare a un'intera classe di problemi con la coscienza: i pazienti non potevano riconoscere i volti, riconoscere i movimenti, i colori o navigare nello spazio.
Quindi, si potrebbe pensare che gli sguardi, i suoni e le altre sensazioni della vita che proviamo siano nati in aree della corteccia posteriore. Per quanto ne sappiamo, quasi tutte le esperienze coscienti appaiono lì. Qual è la differenza fondamentale tra queste regioni posteriori e la maggior parte della corteccia prefrontale, che non influisce direttamente sul contenuto soggettivo? Non sappiamo. Tuttavia, una recente scoperta indica che i neuroscienziati potrebbero essere vicini a un indizio.
Contatore di coscienza
La medicina ha bisogno di un dispositivo in grado di rilevare in modo affidabile la presenza o l'assenza di coscienza nelle persone con disabilità o menomazioni. Durante l'intervento chirurgico, ad esempio, i pazienti vengono immersi in anestesia per rimanere immobili e con una pressione sanguigna stabile - questo consente loro di sentirsi liberi dal dolore ed evitare ricordi traumatici. Purtroppo questo obiettivo non è sempre raggiunto: ogni anno centinaia di pazienti in qualche modo rimangono coscienti sotto anestesia.
Un'altra categoria di pazienti che hanno una grave lesione cerebrale traumatica a causa di un incidente, infezione o avvelenamento grave può vivere per anni senza essere in grado di parlare o rispondere alle richieste verbali. Immagina un astronauta che fluttua nello spazio ascoltando il centro di controllo che cerca di contattarlo. Il suo microfono danneggiato non trasmette la sua voce e sembra completamente tagliato fuori dal mondo. Allo stesso modo, i pazienti con danni cerebrali che impediscono loro di comunicare con il mondo sperimentano una forma estrema di isolamento.
All'inizio degli anni 2000, Giulio Tononi dell'Università del Wisconsin-Madison e Marcello Massimini dell'Università degli Studi di Milano in Italia hanno inventato la tecnica dello zip-zap per determinare se una persona è cosciente o meno. Gli scienziati mettono una bobina di fili sul cranio e gli "sparano": inviano un potente impulso di energia magnetica nel cranio, inducendo brevemente una corrente elettrica nei neuroni. Questa interferenza, a sua volta, eccita e inibisce le cellule partner dei neuroni nelle aree collegate, attraversando il cervello in un'onda finché non si estingue. Una rete di sensori EEG situati all'esterno del cranio legge questi segnali elettrici. Man mano che si sviluppano nel tempo, queste tracce, ciascuna corrispondente a un punto specifico del cervello sotto il cranio, si sommano a un'immagine.
Questa immagine non mostra alcun motivo, ma nemmeno del tutto casuale. Ti permette di determinare come il cervello è libero dalla coscienza, dai ritmi. Gli scienziati quantificano questi dati comprimendoli in un archivio con il solito algoritmo.zip e ottengono la complessità della risposta del cervello. I volontari che si sono svegliati avevano un "indice di difficoltà di perturbazione" compreso tra 0,31 e 0,7, che scendeva sotto lo 0,31 con sonno profondo o anestesia. Massimini e Tononi hanno testato il loro metodo su 48 pazienti che avevano danni cerebrali, ma che erano reattivi e svegli, e hanno scoperto che in ogni caso il metodo consente di determinare la presenza di coscienza in una persona.
Il gruppo ha quindi applicato il metodo a 81 pazienti che erano minimamente coscienti o in stato vegetativo. Nel primo gruppo, che mostrava alcuni segni di comportamento non riflessivo, il metodo ha identificato accuratamente 36 persone coscienti su 38. Ha erroneamente identificato due pazienti come incoscienti. Dei 43 pazienti vegetativi che non hanno risposto in alcun modo, 34 erano marcati come privi di sensi, ma 9 erano coscienti. Il loro cervello rispondeva in modo simile a quello di coloro che erano coscienti, il che significa che erano coscienti, ma non potevano comunicarlo ai loro cari.
La ricerca attuale è volta a standardizzare e migliorare il metodo zip-zap per i pazienti neurologici e ad estenderlo ai pazienti psichiatrici e pediatrici. Prima o poi, gli scienziati scopriranno una serie specifica di meccanismi neurali che generano una sorta di esperienza cosciente. Sebbene questi risultati avranno importanti implicazioni cliniche e aiuteranno famiglie e amici, non riescono a rispondere a domande fondamentali: perché sono questi neuroni e non quelli? Perché a questa frequenza e non a quella? Il mistero che entusiasma tutti è come e perché ogni pezzo organizzato di principio attivo genera sensazioni coscienti. Dopotutto, il cervello, come qualsiasi altro organo, obbedisce alle stesse leggi della fisica del cuore e dei reni. Cosa li rende diversi? Quale biofisica trasforma la massa grigia,una materia grigia nel grandioso technicolor e nella ricchezza del suono di cui è dotata la nostra esperienza quotidiana con questo mondo?
In definitiva, abbiamo bisogno di una soddisfacente teoria scientifica della coscienza che preveda in quali condizioni un dato sistema fisico - sia esso un circuito complesso di neuroni o transistor di silicio - inizia a sperimentare nel vero senso della parola. Perché la qualità di queste esperienze sarà diversa? Perché il cielo azzurro e limpido è così diverso dallo stridore di un violino mal accordato? Esiste una funzione per queste differenze di esperienza e, se sì, cosa? Una tale teoria ci consentirà di determinare quali esperienze avrà un particolare sistema. Prima che appaia, qualsiasi discorso sulla coscienza della macchina si baserà esclusivamente sulla nostra intuizione, che, come mostra la storia scientifica, è una guida inaffidabile.
Un dibattito particolarmente acceso è scoppiato sulle due teorie della coscienza più popolari. Uno di questi è la teoria dello spazio neurale globale (GNW), sviluppata dallo psicologo Bernard Baars e dai neuroscienziati Stanislas Dehanet e Jean-Pierre Shangyeux. La teoria inizia con il postulato che quando diventi consapevole di qualcosa, molte parti diverse del tuo cervello accedono a quell'informazione. Se invece stai agendo inconsciamente, l'informazione è localizzata nello specifico sistema sensomotorio coinvolto nel processo. Ad esempio, quando digiti velocemente, lo fai automaticamente. Chiedendoti come lo fai, e non puoi rispondere: non hai praticamente alcun accesso cosciente a queste informazioni, e sono concentrate nei circuiti cerebrali che collegano i tuoi occhi al rapido movimento delle tue dita.
Verso la teoria fondamentale
Secondo GNW, la coscienza nasce da un certo tipo di elaborazione delle informazioni, familiare fin dai primi giorni dell'intelligenza artificiale, quando programmi specializzati accedevano a piccoli archivi condivisi di informazioni. Indipendentemente dai dati scritti su questa "scheda", sono diventati disponibili vari processi ausiliari: memoria di lavoro, lingua, modulo di pianificazione e così via. Secondo GNW, la coscienza sorge quando le informazioni sensoriali in arrivo scritte su una tale lavagna vengono ampiamente trasmesse a diversi sistemi cognitivi, che elaborano questi dati per la conversazione, la conservazione, il richiamo o l'azione.
Poiché non c'è molto spazio su questa lavagna, potremmo non essere a conoscenza di molte informazioni allo stesso tempo. Si ritiene che la rete di neuroni che trasmettono questi messaggi si trovi nei lobi frontali e parietali. Una volta che i dati sparsi vengono trasmessi attraverso la rete e resi disponibili a livello globale, le informazioni diventano consapevoli. Cioè, il soggetto ne è consapevole. Sebbene le macchine moderne non abbiano ancora raggiunto questo livello di complessità cognitiva, è solo questione di tempo prima. GNW presume che i computer del futuro saranno consapevoli.
La Teoria dell'Informazione Integrata (IIT), sviluppata da Tononi e dai suoi colleghi, me compreso, ha un punto di partenza completamente diverso: l'esperienza stessa. Ogni esperienza ha alcune proprietà essenziali. È interna, esiste solo per il soggetto come "proprietario", è strutturata (un autobus giallo frena davanti a un cane che attraversa la strada), è concreta - può essere distinta da altre esperienze coscienti, come una ripresa a parte in un film. Inoltre, è uniforme e definito. Mentre ti siedi su una panchina del parco in una giornata calda e piacevole, guardando i bambini che giocano, le diverse parti dell'esperienza - la brezza tra i capelli, la gioia delle risate del tuo bambino - non possono essere divise in parti senza perdere la pienezza dell'esperienza.
Tononi postula che qualsiasi meccanismo complesso e interconnesso, la cui struttura codifica molteplici relazioni causali, avrà queste proprietà - e quindi avrà un certo livello di coscienza. Se, come il cervelletto, questo meccanismo manca di integrazione e complessità, non è a conoscenza di nulla. Secondo l'IIT, la coscienza è una forza causale intrinseca posseduta da meccanismi complessi come il cervello umano.
IIT prevede anche che sofisticate simulazioni di un cervello umano in esecuzione su un computer digitale non possono essere coscienti, anche se parla in un modo che è indistinguibile da una persona reale. Proprio come modellare l'enorme attrazione gravitazionale di un buco nero non deformerà lo spaziotempo attorno a un computer, la programmazione mentale non creerà mai un computer cosciente.
Ci troviamo di fronte a due compiti. Uno di questi è usare strumenti sempre più avanzati, osservare e investigare i neuroni, cercare la coscienza in questi neuroni. Ci vorranno decenni, data la complessità bizantina del sistema nervoso centrale. Un'altra sfida è confermare o smentire le due teorie dominanti. Oppure crea il migliore sui frammenti di questi due e spiega come un organo da un chilogrammo e mezzo ci regala la pienezza delle sensazioni.
Ilya Khel
