L’eludibile e inafferrabile Coscienza – L’IIT di Giulio Tononi

Quanto segue – a meno di alcune evidenti considerazioni personali che, per maggior chiarezza, sono evidenziate con [NdR:…] – è sostanzialmente un sommario/sintesi di quanto, in merito alla ricerca sulla coscienza come processo cognitivo e più in particolare sull’IIT (Information Integration Theory) di Giulio Tononi, riporta il testo di Massimo Turatto, PSICOLOGIA GENERALE – Edizione digitale (Italian Edition), MONDADORI EDUCATION, Kindle Edition, Capitolo 11. I concetti riportati fedelmente, altrimenti si sarebbe corso il rischio di falsare il significato, sono posti fra le caporali «».

Varie sono le accezioni della coscienza – morale, fenomenica, riflessiva, autocoscienza – e spesso se ne dà una definizione al negativo definendola ciò che scompare quando cadiamo in un sonno senza sogni oppure definendola come tutto ciò di cui si ha esperienza.

Si deve sfatare l’autorevole ma errata asserzione che la coscienza emerga solo con il linguaggio: infatti nell’afasia di Wernicke, funzionalmente analoga a un ictus ma – fortunatamente – reversibile in quanto della durata di pochi minuti, il paziente rimane cosciente malgrado i test linguistici a lui somministrati mostrino la perdita delle funzioni linguistiche.

Inoltre la coscienza non coincide con l’attenzione, né con la memoria di lavoro (laddove attenzione e memoria di lavoro sono concettualizzabili come due diversi aspetti dello stesso processo); tantomeno la coscienza coincide con la memoria episodica (la coscienza è presente anche quando la memoria episodica può esser compromessa, come in alcune sindromi neurologiche in cui l’ippocampo mostra temporanea incapacità funzionale), tantomeno con le funzioni esecutive, non richiedendo sempre una corteccia prefrontale intatta.

La coscienza non è riconducibile né a una singola funzione cognitiva, né alla somma di esse.

Tantomeno è facile valutare lo stato di coscienza altrui, laddove se viene valutata in base al “semplice” paradigma stimolo-risposta, si verifica che esso è tutt’altro che infallibile, essendo circa il 40% dei pazienti, dichiarati non-coscienti in base a tale paradigma, viceversa coscienti.

Altresì la misurazione di risposte metaboliche dei neuroni corticali (tramite fRMI, Risonanza Magnetica Funzionale) a varie richieste di paradigma di immaginazione motoria (“immagina di fare…”), in pazienti sani e in pazienti in stato vegetativo, sorprendentemente mostra che si riscontrano in entrambe le tipologie di pazienti, sani e vegetativi, le medesime attivazioni cerebrali.

Né, al fine di distinguere la presenza o meno di uno stato cosciente, è attendibile la misurazione del potenziale evocativo tardivo (P300), risposta elettroencefalografica fra 300 e 600 ms dalla presentazione di stimoli sensoriali ritenuti di rilievo; ciò per due limitazioni: la specificità allo stimolo ma, soprattutto, perché il P300 può mancare, a dispetto della coscienza pur presente, per interruzione o disfunzione delle vie sensoriali.

Anche le tecniche d’interazione diretta con il cervello, finalizzate a individuare i correlati neurali della coscienza e le differenze con l’incoscienza, quelle misuranti il metabolismo (fRMI, PET) o quelle misuranti l’attività elettrica (EEG o Magnetoencefalografia), hanno cozzato con due evidenze: durante le crisi epilettiche, la coscienza è assente ma il cervello è iperattivo; inoltre, se è vero che il metabolismo della corteccia cerebrale è ridotto in pazienti vegetativi, il medesimo non aumenta significativamente quando quei pazienti recuperano la coscienza.

Al termine di questa lunga lista di elusioni, si è scelta una prospettiva diversa: la coscienza dipenderebbe non da quanto i neuroni sono attivi ma dal modo in cui i neuroni sono attivi.

Si è individuato un nesso fra il grado di oscillazione dell’EEG e il livello di coscienza: sperimentalmente si riscontra che la percezione di un oggetto complesso, come ad esempio un volto, genera onde rapide e sincrone di attività elettrica in molte aree corticali [NdR: analogia con i pixel e i bit d’informazione presenti e necessari in un’immagine JPG complessa, articolata e diversificata?] Ovvero: molti neuroni corticali, fra loro anche distanti, devono necessariamente coordinarsi in maniera reciproca al fine di elaborare le diverse caratteristiche, vale a dire le linee orizzontali e verticali, i colori, i movimenti, chiari e scuri… [NdR: l’analogia con le sezioni e i timbri di un’orchestra è immediata!]

Tuttavia la sincronizzazione non diminuisce quando la coscienza diminuisce [NdR: era il principio d’indeterminazione di Heisenberg che decretava l’impossibilità di identificare, al contempo, la posizione e la quantità di moto di una particella elementare.]

Già il pioniere dell’EEG, Hans Berger, circa cento anni fa aveva osservato che, nella veglia, si registrano onde rapide a basso voltaggio, più di 8 al secondo e, progredendo verso il sonno, le onde divengono più ampie e lente. Tuttavia il tutto non era generalizzabile in pazienti vegetativi.

Apparenti paradossi, molto suggestivi, sono quelli derivanti da alcuni dati empirici della nostra neuroanatomia. Stime abbastanza accurate attestano che l’encefalo è costituito da circa 86 miliardi di neuroni. Distinguendo nell’encefalo il sistema talamo-corticale e il cervelletto, è sorprendente scoprire che sia proprio il cervelletto, piccolo e compatto, a ospitare la maggior parte dei neuroni, ovvero circa 69 miliardi, mentre l’intero sistema talamo-corticale contiene “solo” 16 miliardi di neuroni.

Quindi il cervelletto, così ricco di risorse e meraviglia di complicazione biologica, è stato da principio ipotizzato come possibile sede della coscienza. Tuttavia, in pazienti cerebelloctomizzati a causa di tumori, si sono osservate difficoltà deambulatorie ma non alterazioni della coscienza; viceversa lesioni anche limitate in ambito talamo-corticale hanno mostrato l’originarsi di perdita di coscienza, ovvero stato vegetativo.

Analogamente i nuclei della base (denominati anche nuclei striati), pur voluminosi e profondi – circuiti in parallelo si originano da uno specifico modulo corticale, transitano per i nuclei della base, attraversano il talamo e ritornano alla corteccia terminando in area limitrofa a quella di origine, coinvolti in una molteplicità di funzioni cognitive quali linguaggio, motivazione, emozioni… – sembrano estranei all’esperienza soggettiva cosciente.

I sistemi attivanti del tronco encefalico, rilascianti sei tipologie di neurotrasmettitori (acetilcolina, istamina, noradrenalina, serotonina, dopamina e glutammato), sono in grado di indurre una diffusa attivazione talamo-corticale modulandone l’intera eccitabilità (Giuseppe Moruzzi, 1949), funzionando come una sorta d’interruttore in grado di influenzare lo stato generale della corteccia cerebrale. Tuttavia anche i sistemi attivanti risultano intatti in molti pazienti vegetativi e quindi non rapportabili ad alcuna specifica esperienza cosciente.

È una scoperta degli ultimi venti anni che, durante il sonno, il cervello non si spegne (grazie al fisiologo romeno Mircea Steriade, 1924-2006) e che i neuroni corticali scaricano più o meno nello stesso modo, nella veglia e nel sonno.

Ci si è quindi chiesto perché la coscienza si riduca nel sonno; e perché, durante i sogni, pur se il cervello è disconnesso dal mondo esterno, la coscienza ricompaia.

La IIT (Teoria dell’Informazione Integrata), formulata da Giulio Tononi dell’Università di Trento nel 2004, è stato un tentativo di travalicare la mera catalogazione dei fatti, osservabili, spiegandoli.

La IIT non parte dal substrato fisico – il cervello – cercando di spiegare l’origine dell’esperienza cosciente; la IIT capovolge il processo esplicativo e parte dall’osservazione diretta dell’esperienza soggettiva – la fenomenologia – individuando le sue proprietà essenziali o assiomi dai quali deriva i postulati relativi alle caratteristiche richieste al suo substrato fisico [NdR: procedimento induttivo.]

La IIT afferma che la capacità del cervello di generare coscienza è funzione del bilancio ottimale tra informazione e integrazione, ovvero dipende dal delicato equilibrio fra diversità e unità dei circuiti che lo costituiscono; ovvero: la coscienza corrisponde alla capacità d’integrare informazione [NdR aspetto logico-concettuale di tale approccio.]

Tralasciando qui, per brevità, i resoconti sulla differenza fra un umano e un fotodiodo, i resoconti su pazienti callosotomizzati chirurgicamente a causa di gravissime forme di epilessia, viene affermato infine che sussiste coscienza quando il sistema ha enorme repertorio di stati diversi (ricchezza informativa) ma al contempo stato unitario (integrato).

Le due proprietà fondamentali dell’esperienza cosciente, l’informazione e l’integrazione, poggiano sulla coesistenza di differenziazione e irriducibilità, ovvero un equilibrio unico fra diversità e unità nel cervello fisico. [NdR: quindi la coscienza è sommatoria o integrazione, in senso proprio dell’analisi matematica, dell’enorme repertorio di stati diversi dei miliardi di neuroni.] Integrazione e differenziazione sono due forze che remano l’una contro l’altra in direzione opposta, difficili da conciliare nei più svariati domini: dalla persona alla politica, dalla biologia alle società umane, ecc. [NdR: pertanto, all’origine della coscienza, c’è una dialettica: tesi è l’integrazione, antitesi è la differenziazione, sintesi è la coscienza.]

«Più gli elementi di un sistema sono specializzati, più sarà difficile farli interagire tra loro e di conseguenza più ardua la loro integrazione. D’altra parte, più forte sarà l’integrazione tra gli elementi, più il loro comportamento sarà omogeneo e il livello generale di differenziazione all’interno del sistema sarà ridotto. In qualche modo, queste due forze opposte hanno raggiunto un improbabile equilibrio ottimale da qualche parte nella materia di cui è composto il cervello.»

Per misurare la capacità del sistema di integrare l’informazione si è proposto PHI o, meglio, ɸ, dove la barra verticale indica l’informazione e il cerchio l’integrazione.

Il sistema talamo-corticale è organizzato in modo tale da enfatizzare, al contempo, tanto la specializzazione [NdR: o differenziazione] funzionale quanto l’integrazione funzionale; pertanto il sistema talamo-corticale è ritenuto un sistema speciale per quanto riguarda la coscienza.

Viceversa il cervelletto, con circa 69 miliardi di neuroni, composto da moduli specializzati e velocissimi ma segregati, ovvero privi di connessioni a lunga distanza e privo di un corpo calloso, in termini di integrazione è assimilabile a una telecamera.

Analogamente i nuclei della base, per quanto connessi al sistema talamocorticale, sono essenzialmente [NdR: si badi] indipendenti, ovvero isolati dal punto di vista informativo.

Nondimeno anche l’interruttore (i sistemi attivanti del tronco encefalico), malgrado sia connesso agli elementi del sistema talamo-corticale, ne rimane escluso.

In sostanza la teoria IIT predice in maniera esplicita che il dissolversi della coscienza, nel sonno o nell’anestesia si accompagna a una riduzione dell’integrazione all’interno del sistema talamocorticale, il quale si disgrega in moduli indipendenti dal punto di vista causale, e a una riduzione dell’informazione, in termini di restringimento del repertorio di stati neurali possibili, oppure a entrambe [NdR: noi – con le nostre coscienze – siamo un’orchestra di moduli informativi integrati]

Il principio sperimentale generale, per la  valutazione della capacità di un cervello di integrare informazione, consiste nella perturbazione diretta di un sottoinsieme di neuroni corticali e nella registrazione tanto dell’estensione, ovvero della misura dell’integrazione, quanto della complessità, ovvero della misura dell’informazione nella risposta generata.

In linea di principio in un cervello privo di integrazione la risposta sarà debole e semplice in quanto risponderanno soltanto gli elementi stimolati in modo diretto mentre in un cervello privo d’informazione la risposta sarà forte, tuttavia ancora semplice in quanto, in questo caso, tutti gli elementi risponderanno in ugual modo (o tutto acceso o tutto spento). In un cervello con un bilancio ottimale tra differenziazione e integrazione, dove elementi con proprietà molto diverse sono in grado di interagire come un’unità, la perturbazione iniziale risuonerà con eco duraturo, esteso, complesso.

Gli strumenti per verificare ciò sono due: il TMS, Transcranial Magnetic Stimulation (Stimolazione Magnetica Transcranica) e l’EEG, Elettroencefalogramma. In modo del tutto indolore, mediante TMS, si possono perturbare (bussare su) gruppi selezionati di neuroni corticali; la perturbazione – dei selezionati neuroni corticali – genera un eco sul sistema talamocorticale che viene registrato/ascoltato con l’EEG.

TMS/EEG nelle varie fasi veglia, sogno, sonno.

Gli autori hanno infine fatto notare che questi esperimenti, oltre a consentire la verifica di come la complessità cerebrale si riduca quando la coscienza svanisce mentre sia elevata quando la coscienza è presente, non hanno richiesto al soggetto alcuna attenzione ad alcuno stimolo, né di rispondere con movimenti o verbalmente [NdR: in tal modo soddisfacendo il criterio empirico fondamentale di oggettività.]

[Fabio Sommella, marzo 2022]

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