L'origine e la natura delle esperienze consapevoli — a volte chiamate con la parola latina qualia — sono state per noi un enigma sin dall'antichità fino a tempi recenti. Molti filosofi della mente, compresi quelli contemporanei, considerano l'esistenza della coscienza una contraddizione inammissibile rispetto a ciò che, secondo loro, è il mondo di materia e vuoto, tanto che la dichiarano un'illusione. In altre parole, o negano l'esistenza dei qualia in principio, oppure affermano che non è possibile studiarli in modo significativo con la scienza.
Se questa affermazione fosse vera — questo articolo sarebbe molto corto. E sotto non ci sarebbe nulla. Ma c'è qualcosa...
Se la coscienza non può essere compresa attraverso gli strumenti della scienza, basterebbe spiegare perché tu, io e quasi tutti gli altri siamo così certi di avere, in effetti, sentimenti. Tuttavia, un dente malato ha causato un ascesso. Un'argomentazione sofisticata per convincere che il mio dolore sia illusorio non mi libererà nemmeno di un millimetro da queste sofferenze. Non nutro simpatia per tale interpretazione in una strada senza uscita del legame tra anima e corpo, quindi, probabilmente, continuerò.
La coscienza è tutto ciò che senti (sulla base delle informazioni fornite dagli organi sensoriali) e poi vivi (grazie alla percezione e alla comprensione).
Una melodia bloccata nella testa, il sapore di un dessert al cioccolato, il dolore pungente di un dente, l'amore per un bambino, il pensiero astratto e la comprensione che un giorno tutte le sensazioni giungeranno al termine.
Gli scienziati si avvicinano gradualmente a risolvere il mistero che ha a lungo preoccupato i filosofi. E la culminazione di queste ricerche scientifiche ci si aspetta sia — una teoria del lavoro strutturata sulla coscienza. Il più chiaro esempio di applicazione di questa teoria è un AI completo (ciò non esclude la possibilità di apparizione di AI senza una teoria della coscienza, ma sulla base di approcci empirici già esistenti nello sviluppo dell'AI)
La maggior parte degli scienziati accetta la coscienza come un dato di fatto e cerca di comprenderne il legame con il mondo oggettivo che la scienza descrive. Un quarto di secolo fa, Francis Crick e altri hanno deciso di mettere da parte le discussioni filosofiche sulla coscienza (che preoccupavano i pensatori scientifici almeno dai tempi di Aristotele) e di intraprendere la ricerca delle sue tracce fisiche.
Cosa genera precisamente la coscienza nella parte estremamente eccitabile della sostanza cerebrale? Scoprendolo, gli scienziati possono sperare di avvicinarsi alla soluzione di un problema più fondamentale.
In particolare, i neurobiologi cercano i correlati neurali della coscienza (CNC) — i meccanismi neuronali minimi sufficienti nel loro insieme per un'esperienza consapevole specifica nelle sensazioni.
Cosa deve accadere nel cervello affinché tu provi dolore ai denti, ad esempio? Alcune cellule nervose devono vibrare a una certa frequenza magica? È necessario attivare particolari “neuroni della coscienza”? In quali aree del cervello potrebbero trovarsi tali cellule?
Correlati neurali della coscienza
Nella definizione di CNC è importante la riserva 'minimo'. Infatti, il cervello nel suo insieme può essere considerato CNC — giorno dopo giorno produce sensazioni. Tuttavia, la localizzazione può essere indicata in modo ancora più preciso. Prendiamo il midollo spinale — un tubo flessibile di tessuto nervoso lungo 46 centimetri all'interno della colonna vertebrale, che contiene circa un miliardo di cellule nervose. Se a causa di un infortunio il midollo spinale è completamente danneggiato fino all'area cervicale, la persona ferita avrà le gambe, le braccia e il tronco paralizzati, non sarà in grado di controllare l'intestino e la vescica e sarà privata delle sensazioni corporee. Tuttavia, tali paralitici continuano a vivere la vita in tutta la sua diversità: vedono, sentono, annusano, provano emozioni e ricordano con la stessa lucidità di prima che un tragico evento avesse cambiato radicalmente le loro vite.
O prendiamo il cervelletto — 'cervello piccolo' nella parte posteriore del cervello. Questo sistema cerebrale, uno dei più antichi in senso evolutivo, partecipa al controllo della motricità, della posizione del corpo e della camminata, ed è responsabile anche dell'esecuzione agile di sequenze complesse di movimenti.
Suonare il pianoforte, digitare sulla tastiera, fare pattinaggio artistico o arrampicarsi — in tutte queste attività è coinvolto il cervelletto. È dotato dei neuronali più famosi chiamati cellule di Purkinje, che hanno tentacoli che ondeggiano come coralli di mare e racchiudono una dinamica elettrica complessa. Inoltre, il cervelletto contiene il numero maggiore di neuroni, circa 69 miliardi (per lo più si tratta di cellule di Purkinje a forma di stella) — quattro volte di più, quanto l'intero cervello insieme (ricordate — questo è un punto importante).
Cosa succede alla coscienza se una persona, a causa di un ictus o sotto i ferri del chirurgo, perde parzialmente il cervelletto?
Praticamente nulla di critico per la coscienza!
I pazienti con tale danno si lamentano di alcuni problemi, come una minore abilità nel suonare il pianoforte o una minore destrezza nella digitazione sulla tastiera, ma mai della completa perdita di uno qualsiasi degli aspetti della propria coscienza.
Lo studio più dettagliato sull'impatto delle lesioni cerebellari sulle funzioni cognitive è stato ampiamente studiato nel contesto . Ma anche in questi casi, oltre ai problemi di coordinazione e spaziali (di cui sopra), si sono riscontrate solo lievi alterazioni non critiche degli aspetti esecutivi del controllo, caratterizzate da , distrazione e una leggera riduzione della capacità di apprendimento.
Il vasto apparato cerebellare non ha nulla a che vedere con le esperienze soggettive. Perché? Un'importante indicazione si trova nella sua rete neurale: è eccezionalmente uniforme e parallela.
Il cervelletto è praticamente un circuito di propagazione diretta: una fila di neuroni nutre la successiva, che, a sua volta, influisce sulla terza. Non ci sono feedback loop che risuonano in avanti e indietro all'interno dell'attività elettrica. Inoltre, il cervelletto si divide funzionalmente in centinaia, se non di più, di moduli di calcolo indipendenti. Ognuno di essi opera in parallelo, con ingressi e uscite distinti e non sovrapposti, che controllano i movimenti o diversi sistemi motori o cognitivi. Interagiscono poco tra loro, mentre nel caso della coscienza — questa è un'altra caratteristica imprescindibile.
Una lezione importante che si può trarre dall'analisi del midollo spinale e del cervelletto è che il genio della coscienza non nasce semplicemente in qualsiasi punto di eccitazione del tessuto nervoso. È necessario qualcos'altro. Questo fattore aggiuntivo si trova nella sostanza grigia, che costituisce la famigerata corteccia cerebrale — la sua superficie esterna. Tutti i dati disponibili indicano che nella generazione delle sensazioni sono coinvolti tessuti.
È possibile restringere ulteriormente l'area in cui si colloca il focolaio della coscienza. Prendiamo, ad esempio, esperimenti in cui l'occhio destro e l'occhio sinistro sono esposti a diversi stimoli. Immaginate che la foto di una "Lada Priora" sia visibile solo al vostro occhio sinistro, mentre l'immagine di una "Tesla S" sia visibile solo all'occhio destro. Si potrebbe ipotizzare di vedere una nuova auto dai sovrapposizioni della Lada e della Tesla l'una sull'altra. In realtà, per alcuni secondi vedrete la Lada, poi sparirà e apparirà la Tesla, e poi di nuovo sparirà, e riapparirà la Lada. Le due immagini danzeranno in un'infinita alternanza l'una con l'altra — gli scienziati la chiamano competizione binoculare, o rivalità delle retine. Al cervello arriva un'informazione ambiguamente esterna, e non può stabilire: è una Lada o una Tesla?
Se nel frattempo vi trovate distesi all'interno di un tomografo che registra l'attività cerebrale, gli scienziati osservano attività in un ampio spettro di zone corticali, collettivamente chiamate "zona calda posteriore" (posterior hot zone). Queste sono le aree parietali, occipitali e temporali nella parte posteriore della corteccia cerebrale, e giocano un ruolo fondamentale nel monitorare ciò che vediamo.
È interessante notare che la corteccia visiva primaria, che riceve e trasmette le informazioni in arrivo dagli occhi, non riflette ciò che l'essere umano vede. Si osserva una suddivisione del lavoro simile anche per quanto riguarda l'udito e il tatto: la corteccia uditiva primitiva e la corteccia somatosensoriale primaria non contribuiscono direttamente al contenuto dell'esperienza uditiva e somatosensoriale. La percezione consapevole (inclusi le immagini della Lada e della Tesla) genera le fasi successive di elaborazione — nella zona calda posteriore.
Ne risulta che le immagini visive, i suoni e altre sensazioni vitali nascono all'interno della corteccia posteriore del cervello. Per quanto i neurobiologi possano giudicare, quasi tutte le esperienze consapevoli hanno origine proprio lì.
Contatore di consapevolezza
Per le operazioni, ad esempio, i pazienti vengono sottoposti ad anestesia in modo che non si muovano, mantenendo una pressione sanguigna stabile, senza provare dolore e senza avere successivamente ricordi traumatici. Sfortunatamente, questo non è sempre possibile: ogni anno centinaia di pazienti sotto anestesia sono in un certo grado consapevoli.
Un'altra categoria di pazienti con gravi danni cerebrali a causa di traumi, infezioni o avvelenamenti estremi può esistere per anni senza la possibilità di parlare o rispondere alle sollecitazioni. Dimostrare che percepiscono la vita è un compito estremamente difficile.
Immaginate un astronauta perso nell'universo che ascolta i tentativi del centro di controllo voli di contattarlo. Un radio guasto non trasmette la sua voce, e il mondo lo considera disperso. In questo modo è possibile descrivere la situazione disperata dei malati il cui cervello danneggiato li ha privati del contatto con il mondo, una sorta di forma estrema di isolamento.
Agli inizi degli anni 2000, Giulio Tononi dell'Università del Wisconsin-Madison e Marcello Massimini hanno applicato per la prima volta un metodo chiamato , per determinare se una persona è cosciente o meno.
Gli scienziati posizionavano sulla testa una bobina con fili e inviavano una scarica elettrica (zap) — una forte carica di energia magnetica che generava un breve impulso elettrico. Questo eccitava e frenava le cellule neurali partner nelle aree collegate della rete, e l'onda risonava nella corteccia cerebrale fino a quando l'attività non svaniva.
Una rete di sensori EEG fissati alla testa registrava i segnali elettrici. Man mano che i segnali si diffondevano lentamente, le loro tracce, ognuna delle quali corrispondeva a un determinato punto sotto la superficie del cranio, venivano trasformate in un film.
Le registrazioni non mostrano un algoritmo tipico — ma non erano nemmeno del tutto casuali.
È interessante notare che quanto più erano prevedibili i ritmi che lampeggiavano e svanivano, tanto più alta era la probabilità che il cervello fosse in uno stato di incoscienza. Gli scienziati hanno misurato questa ipotesi comprimendo i dati del video con un algoritmo utilizzato per archiviare file computer in formato ZIP. La compressione ha fornito una valutazione della complessità della reazione cerebrale. I volontari consapevoli hanno mostrato un 'indice di complessità delle perturbazioni' da 0,31 a 0,70, con l'indice che scendeva al di sotto di 0,31 se si trovavano in uno stato di sonno profondo o sotto anestesia.
Successivamente, il team ha testato zip and zap su 81 pazienti, che erano in stato di minima coscienza o non coscienti (in coma). Nel primo gruppo, che mostrava alcuni segni di comportamento non riflessivo, il metodo ha correttamente indicato che 36 su 38 sono coscienti. Dei 43 pazienti in stato vegetativo, con cui i familiari al capezzale del letto d'ospedale non sono riusciti a stabilire comunicazione neppure una volta, 34 sono stati classificati come incoscienti, mentre altri nove no. Il loro cervello rispondeva in modo simile a quello di chi era cosciente, il che significava che erano anch'essi coscienti, ma incapaci di comunicare con i propri cari.
Le attuali ricerche mirano a standardizzare e migliorare la metodologia per i pazienti neurologici, così come a estenderla ai pazienti dei reparti psichiatrici e pediatrici. Nel tempo, i ricercatori individueranno un insieme specifico di meccanismi nervosi che danno origine alle esperienze.
In sostanza, abbiamo bisogno di una convincente teoria scientifica della coscienza che risponda alla domanda di quali condizioni una certa sistema fisico — sia esso una complessa rete di neuroni o transistor di silicio — sperimenta sensazioni. E perché la qualità delle esperienze è diversa? Perché un cielo blu puro è percepito in modo diverso dal crepitio di un violino mal accordato? Queste differenze nelle sensazioni hanno una funzione specifica? Se sì, quale? La teoria permetterà di prevedere quali sistemi saranno capaci di provare sensazioni. In assenza di una teoria con previsioni verificabili, qualsiasi conclusione sulla coscienza delle macchine si basa esclusivamente sul nostro intuito interno, su cui, come dimostra la storia della scienza, si deve fare affidamento con cautela.
Una delle principali teorie della coscienza è la teoria (GWT), proposta dallo psicologo Bernard Baars e dai neuroscienziati Stanislas Dehaene e Jean-Pierre Changeux.
Inizialmente, sostengono che quando una persona prende coscienza di qualcosa, molte aree diverse del cervello accedono a queste informazioni. D'altra parte, quando una persona agisce inconsapevolmente, le informazioni si localizzano in un sistema sensomotorio specifico coinvolto. Ad esempio, quando scrivi velocemente, lo fai automaticamente. Se ti chiedono come lo fai, non riuscirai a rispondere, poiché hai accesso limitato a queste informazioni, che sono localizzate nei circuiti nervosi che collegano gli occhi ai rapidi movimenti delle dita.
La disponibilità globale genera solo un flusso di coscienza, poiché se un certo processo è accessibile a tutti gli altri processi, allora è accessibile a tutti – tutto è connesso a tutto. Così si attua il meccanismo di soppressione delle alternative.
Questa teoria spiega bene vari disturbi mentali, dove i malfunzionamenti di singoli centri funzionali, legati ai modelli di attività neuronale (o a intere aree del cervello), introducono distorsioni nel flusso generale dello "spazio di lavoro", distorcendo così la percezione rispetto allo stato "normale" (di una persona sana).
Verso una teoria fondamentale
La teoria "GWT" afferma che la coscienza deriva da un particolare tipo di elaborazione delle informazioni: a noi nota dai tempi delle origini dell'IA, quando programmi speciali avevano accesso a un piccolo deposito di dati pubblico. Qualsiasi informazione scritta sulla "bacheca" diventava accessibile a una serie di processi ausiliari — memoria operativa, linguaggio, modulo di pianificazione, riconoscimento facciale, oggetti, ecc. Secondo questa teoria, la coscienza emerge quando l'informazione sensoriale in ingresso scritta sulla bacheca viene trasferita a numerosi sistemi cognitivi — che elaborano i dati per la riproduzione verbale, la memorizzazione o l'esecuzione di azioni.
Poiché lo spazio su tale bacheca è limitato, in ogni momento specifico possiamo avere a disposizione solo una ridotta quantità di informazioni. La rete di neuroni che trasmette questi messaggi si trova presumibilmente nei lobi frontali e parietali.
Non appena questi scarsi dati vengono trasmessi alla rete e diventano accessibili al pubblico, l'informazione diventa consapevole. Vale a dire, il soggetto ne è consapevole. Le macchine moderne non hanno ancora raggiunto un simile livello di complessità cognitiva, ma è solo una questione di tempo.
La teoria "GWT" sostiene che i computer del futuro saranno consapevoli.
La teoria dell'informazione cosciente (IIT), sviluppata da Tononi e dai suoi collaboratori, utilizza un punto di partenza completamente diverso: le esperienze stesse. Ogni esperienza ha le proprie caratteristiche chiave particolari. Essa è immanente, esiste solo per il soggetto come "proprietario"; è strutturata (un taxi giallo frena mentre un cane marrone attraversa la strada); e è concreta: si distingue da qualsiasi altra esperienza consapevole, come un fotogramma di un film. Inoltre, essa è unitaria e definita. Quando in una calda giornata di sole siete seduti su una panchina al parco e osservate i bambini che giocano, i vari elementi dell'esperienza - il vento che scompiglia i capelli, la sensazione di gioia per le risate dei piccoli - non possono essere separati l'uno dall'altro senza che l'esperienza smetta di essere ciò che è.
Tononi postula che tali proprietà, vale a dire un certo livello di consapevolezza, appartengono a qualsiasi meccanismo complesso e connesso, nella cui struttura è codificato un insieme di relazioni causa-effetto. Questo sarà avvertito come qualcosa che proviene dall'interno.
Se, tuttavia, come nel caso del cervelletto, il meccanismo manca di complessità e connessione, non sarà in grado di consapevole nulla. Come afferma questa teoria,
la coscienza è una capacità intrinsecamente casuale, associata a meccanismi complessi come il cervello umano.
La teoria porta anche a derivare dalla complessità alla base di una struttura interconnessa un unico numero non negativo Φ (pronunciato "fy"), che esprime quantitativamente questa consapevolezza. Se Φ è pari a zero, il sistema non è consapevole di sé. E al contrario, quanto maggiore è il numero, tanto maggiore è la forza intrinsecamente casuale del sistema e tanto più esso è consapevole. Il cervello, che ha una connessione colossale e altamente specifica, ha un Φ molto alto, e questo implica un alto livello di consapevolezza. La teoria spiega diversi fatti: ad esempio, perché il cervelletto non è coinvolto nella coscienza o perché il contatore zip and zap funziona realmente (i numeri prodotti dal contatore sono Φ in una stima grossolana).
La teoria "IIT" prevede che una simulazione avanzata del cervello umano basata su un computer digitale non può essere consapevole, anche se il suo linguaggio non può essere distinto da quello umano. Proprio come una simulazione della gravità di un buco nero non deforma il continuum spazio-temporale intorno al codice applicato dal computer, programmato la coscienza non genererà mai un computer consapevole. Giulio Tononi e Marcello Massimini, rivista "Nature" 557, S8-S12 (2018)
Secondo l'IIT, la coscienza non può essere calcolata e quantificata: deve essere incorporata nella struttura del sistema.
Il compito principale degli attuali neurobiologi è utilizzare tutti gli strumenti sempre più sofisticati a loro disposizione per studiare le infinite connessioni di neuroni diversi che formano il cervello, per delineare ulteriormente le tracce neurali della coscienza. Data la complessità dell'asse centrale, ci vorranno decenni. E infine formulare una teoria generale basata su frammenti esistenti. Una teoria che spiegherà l'enigma principale della nostra esistenza: come un organo che pesa 1,36 kg e che ha una composizione simile alla cagliata di soia incarna la sensazione della vita.
Una delle applicazioni più interessanti di questa nuova teoria, a mio parere, è la possibilità di creare IA con coscienza e, cosa più importante, sensazioni. Inoltre, la teoria fondamentale della coscienza consentirà di sviluppare metodi e approcci per una evoluzione più rapida delle capacità cognitive umane. L'uomo del futuro.
Fonte: habr.com
