Campi cerebrali, complessità e coscienza

I post precedenti si focalizzavano sul "problema facile" delle relazioni di accertamento della coscienza tra l'attività mentale e i modelli dinamici misurati con vari metodi di imaging cerebrale. Questo nuovo post avanza ulteriori idee di supporto da neuroscienze e fisica, facilitando la nostra esplorazione del "problema difficile", l'origine della coscienza stessa. Qui ci atteniamo alla fisica classica (tutto noto prima del 1905). Post successivi impiegheranno ulteriori idee dalla fisica moderna, compresa la controversa idea di possibili connessioni tra la coscienza e la meccanica quantistica.

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I fisici spesso etichettano schemi dinamici come campi , e idee simili sono impiegate nella scienza del cervello. Gli scienziati parlano di campi di temperatura, campi elettromagnetici, campi gravitazionali, campi di informazione, campi quantici e altro ancora. Ad esempio, un campo di temperatura indica che la temperatura dipende sia dalla posizione che dal tempo. In casi analoghi, i campi cerebrali potrebbero rappresentare schemi di potenziali d'azione in singoli neuroni, attività sinaptica, livelli di ossigeno e così via in masse di tessuto cerebrale di varie dimensioni. Un modo semplice per rappresentare i campi cerebrali è quello di impiegare un "modello di albero di Natale" come mostrato nella prima figura. Supponiamo che si compia un compito mentale. Alcune parti del cervello possono essere "illuminate" in modo analogo alle luci dell'albero di Natale. In altre parole, una certa misura dell'attività cerebrale, tipicamente elettroencefalogramma (EEG) o risonanza magnetica funzionale (fMRI), risponderà quando viene eseguito il particolare compito mentale. Mentre questo approccio rivela informazioni importanti, l'albero di Natale metaforico fornisce solo un modello di cervello impoverito. Per prima cosa, una visione ingenua è che un'attività mentale di alto livello dovrebbe corrispondere a più luci che bruciano o luci che bruciano più luminose. Ma questi cervelli "bollenti" stanno davvero pensando a grandi pensieri? La risposta è no; la metafora dell'albero di Natale completamente illuminata corrisponde a un attacco epilettico, uno stato cerebrale decisamente inconscio.

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Un altro problema riguarda gli aspetti "dinamici" dei modelli dinamici o dei campi cerebrali. La coscienza apparentemente richiede certi tipi di schemi cerebrali che persistono per almeno mezzo secondo circa. Inoltre, la coscienza è strettamente associata a tipi speciali di ritmi cerebrali, registrati come oscillazioni del campo elettrico (EEG). Apparentemente, i cervelli devono essere opportunamente "sintonizzati" per essere coscienti. Infine, c'è il problema della natura multiscala dei campi cerebrali. Se ingrandiamo piccole regioni di tessuto cerebrale troviamo una struttura complicata e modelli associati, come indicato dai neuroni mostrati nella seconda figura. Pertanto, i campi cerebrali sono costituiti da modelli sub-sub dinamici all'interno di sub-pattern all'interno di pattern misurati a diversi livelli organizzativi (scale). In sintesi, la coscienza richiede evidentemente tipi e livelli speciali di complessità nei campi cerebrali.

Sono evidenti due interpretazioni concorrenti di campi cerebrali misurati su scale diverse. Primo, forse la coscienza è codificata in modelli dinamici in una scala di coscienza speciale (la scala C). In questa prospettiva, le firme coscienti osservate su altre scale sono semplici sottoprodotti del comportamento del campo scala C in "creazione della mente". Forse, per esempio, la coscienza è codificata in schemi a livello di singolo neurone, una visione abbracciata da alcuni scienziati. La neuroscienza, in quest'ottica, assume un sapore riduzionista: la scala C di un singolo neurone è quindi il livello in cui la coscienza "risiede" o è "codificata". Un'implicazione di questa visione è che un cervello artificiale composto da qualche centinaio di miliardi di persone i neuroni artificiali, se opportunamente interconnessi, potrebbero raggiungere un'autentica coscienza.

Un'interpretazione alternativa è che non esiste effettivamente una scala C speciale; cioè, la coscienza è fondamentalmente un fenomeno multiscala. Lo chiamiamo congettura su larga scala . In questa vista, la coscienza è codificata dagli schemi dinamici che si verificano su più scale. La coscienza è quindi intimamente associata alle interazioni incrociate, sia dal basso verso l'alto che dall'alto verso il basso. La congettura multiscala discute contro posizioni filosofiche che banalizzano la complessità della coscienza. In sostanza, la coscienza sembra richiedere sistemi che siano almeno altrettanto complessi della vita non conscia, che consiste di strutture multiscala interagenti: molecole, cellule, sistemi di organi e così via. Pertanto, vengono proposti due distinti domini intellettuali in cui può operare la congettura multiscala. In primo luogo, la congettura multiscala deve essere presa sul serio come idea autonoma, indipendente dalle domande sul materialismo, sul dualismo e sul difficile problema. In secondo luogo, la congettura multiscala può fornire un tentativo di collegamento tra i campi cerebrali e concetti minimamente materialistici o forse non materialistici alla base del difficile problema.

Per molti anni la maggior parte degli scienziati del cervello ha evitato la scienza della complessità, ma tale omissione è diminuita negli ultimi 20 anni circa (vedi riferimenti di esempio). La scienza della complessità indaga come le relazioni tra le piccole parti di qualche entità generano il comportamento collettivo di sistemi su larga scala e come questi sistemi globali emergenti interagiscono e formano relazioni con livelli inferiori di organizzazione e con l'ambiente circostante. Proprietà completamente nuove emergono ad ogni livello di complessità: la psicologia non è solo biologia applicata; la biologia non è solo chimica applicata; né la chimica ha appena applicato la fisica. Una notevole applicazione della scienza della complessità è lo sviluppo di misuratori di coscienza più accurati, discussi in un recente articolo del neuroscienziato Christof Koch riguardante pazienti in coma o stati semicoscienti. Questa nuova misura della complessità si basa sulla stimolazione magnetica transcranica: il cervello del paziente viene zapped con un forte impulso di campo magnetico. L'EEG stimolato viene registrato e un indice di complessità viene calcolato da questo particolare campo cerebrale, fornendo così una misura importante della coscienza del paziente o della sua mancanza. Possiamo aspettarci di vedere molte più applicazioni della scienza della complessità alla scienza del cervello nel prossimo futuro.

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