Wat is bewustzijn? Ja, eigenlijk alles. Het is een melodie in het hoofd, de zoetheid van een chocoladereep, de kloppende pijn van kiespijn, wilde liefde, de wetenschap dat alle gevoelens ooit zullen verdwijnen. De oorsprong en aard van deze ervaringen, ook wel qualia genoemd, zijn vanaf de vroegste dagen van de oudheid tot heden een mysterie geweest. Veel moderne filosofen die de geest analyseren, waaronder Daniel Dennett van Tufts University, beschouwen het bestaan van bewustzijn als zo'n flagrante belediging voor een zinloos universum van materie en leegte dat ze het een illusie noemen. Dat wil zeggen, ze ontkennen het bestaan van qualia, of beweren dat de wetenschap het nooit zal begrijpen.
Als deze bewering waar zou zijn, zouden we niets hebben om over te praten. Alles wat moet worden uitgelegd aan Krishtof Koch, die dit essay schreef, is waarom jij, ik en alle anderen er vast van overtuigd zijn dat we gevoelens hebben. De overtuiging dat pijn een illusie is, zal die pijn echter niet verminderen. Er moet dus een andere oplossing zijn voor het probleem van lichaam en geest. Verder - vanaf de eerste persoon.
De meeste wetenschappers beschouwen bewustzijn als iets vanzelfsprekends en streven ernaar het verband te begrijpen met de objectieve wereld die door de wetenschap wordt beschreven. Meer dan een kwart eeuw geleden besloten Francis Crick en ik om de filosofische discussies over bewustzijn die wetenschappers sinds de dagen van Aristoteles hebben aangetrokken terzijde te schuiven en op zoek te gaan naar fysieke afdrukken ervan. Wat gebeurt er met het opgewonden deel van de hersensubstantie dat aanleiding geeft tot bewustzijn? Zodra we dit begrijpen, zullen we dichter bij het oplossen van een fundamenteler probleem komen.
We zoeken in het bijzonder naar neurale correlaten van bewustzijn (NCC, NCC), gedefinieerd als de minimale neurale mechanismen die voldoende zullen zijn voor een bepaalde bewuste ervaring. Wat moet er in uw hersenen gebeuren om bijvoorbeeld kiespijn te krijgen? Moeten sommige zenuwcellen met een bepaalde magische frequentie trillen? Moet ik een aantal speciale "bewustzijnsneuronen" activeren? In welke delen van de hersenen moeten deze cellen zich bevinden?
Neurale correlaten van bewustzijn
Bij het bepalen van de NCC is het belangrijk om te weten waar het minimum ligt. Het brein als geheel kan als een NCC worden beschouwd: het genereert dag in dag uit, non-stop ervaringen. Maar de locatie van het bewustzijn kan bovendien worden afgeschermd. Neem bijvoorbeeld het ruggenmerg - een lange, flexibele "slang" van neuronen gepropt in bot, met een miljard zenuwcellen. Als het ruggenmerg volledig wordt beschadigd tijdens een verwonding in het nekgebied, raakt de persoon verlamd in de benen, armen en romp, kan hij de darmen en blaas niet beheersen en verliest hij het gevoel voor het lichaam. Maar zulke verlamde mensen blijven genieten van het leven in al zijn diversiteit - ze zien, horen, ruiken, ervaren en onthouden alles zoals het was voor het trieste incident. Ze kunnen gewoon niet lopen en ze poepen vrijwillig.
Of neem het cerebellum, het "kleine brein" onder de achterkant van het brein. Het is een van de oudste hersencircuits vanuit een evolutionair perspectief, betrokken bij het beheersen van beweging, houding, gang en complexe bewegingssequenties. Piano spelen, typen, ijsdansen of rotsklimmen worden allemaal bepaald door het werk van het cerebellum. Het bevat prachtige neuronen - Purkinje-cellen, die antennes hebben en zich verspreiden als zeekoralen en een complexe elektrische dynamiek hebben. Het heeft ook de meeste neuronen, in de orde van 69 miljard, vier keer zoveel als de rest van de hersenen bij elkaar.
Promotie video:
Wat gebeurt er met het bewustzijn als het cerebellum gedeeltelijk beschadigd raakt als gevolg van een beroerte of onder het mes van een chirurg? Laat maar. Patiënten met een beschadigd cerebellum klagen over een aantal tekortkomingen, spelen geen piano of typen ook niet, maar verliezen nooit enig aspect van bewustzijn. Ze horen, zien en voelen zich geweldig, behouden hun zelfrespect, herinneren zich gebeurtenissen uit het verleden en blijven zichzelf in de toekomst projecteren. Zelfs geboren worden zonder een cerebellum heeft geen sterke invloed op de bewuste ervaring van het individu.
Het blijkt dat het enorme cerebellaire apparaat niets te maken heeft met subjectieve ervaring. Waarom? Belangrijke aanwijzingen zijn te vinden in zijn circuit, dat extreem homogeen en parallel is (net zoals batterijen parallel kunnen worden aangesloten). Het cerebellum werkt vrij eenvoudig: de ene set neuronen beïnvloedt de volgende en die geeft het stokje door aan de derde. Er zijn geen complexe terugkoppelingslussen die worden weerspiegeld in de passerende elektrische activiteit. (Gezien de tijd die het kost om bewuste waarneming te ontwikkelen, zijn de meeste theoretici van mening dat het feedbackloops in de holle hersencircuits moet bevatten.) Bovendien is het cerebellum functioneel verdeeld in honderden of meer onafhankelijke rekenmodules. Elk van hen werkt parallel, met afzonderlijke, niet-overlappende inputs en outputs,het beheersen van de bewegingen van verschillende motorische of cognitieve systemen. Ze werken zwak samen - en bewustzijn daarentegen vereist de wederzijdse betrokkenheid van vele systemen.
Een belangrijke les die we hebben geleerd uit onze studie van het ruggenmerg en het cerebellum is dat de geest van het bewustzijn niet verschijnt wanneer enig zenuwweefsel wordt gestimuleerd. Heb meer nodig. Deze extra factor wordt aangetroffen in de grijze massa die de beroemde hersenschors vormt, het buitenoppervlak. Het is een gelamineerd vel van complex, onderling verbonden zenuwweefsel, zo groot en breed als een 14-inch pizza. Twee van dergelijke vellen, vaak gevouwen, samen met hun honderden miljoenen draden - witte stof - worden nauw in de schedel gehamerd. Alles suggereert dat neocorticaal weefsel gevoelens opwekt.
Je kunt de locatie van het bewustzijn verder verfijnen. Neem bijvoorbeeld experimenten waarbij verschillende prikkels worden toegepast op het rechter- en linkeroog. Laten we zeggen dat uw linkeroog naar Donald Trump kijkt en uw rechteroog naar Hillary Clinton. Je zou je kunnen voorstellen dat iemand een superpositie van Trump en Clinton zou zien. In werkelijkheid zie je Trump een paar seconden, waarna hij verdwijnt en Clinton verschijnt. Dan zal ze verdwijnen en zal Trump terugkeren. Twee beelden zullen elkaar eindeloos vervangen door binoculaire rivaliteit - een oorlog tussen de ogen om het primaat. Omdat het brein dubbele input krijgt, kan het niet kiezen tussen Trump en Clinton.
Als je tegelijkertijd in een magnetische scanner ligt die hersenactiviteit registreert, zullen onderzoekers ontdekken dat een grote verscheidenheid aan cortexregio's - de posterieure pariëtale cortex - een belangrijke rol zal spelen bij het volgen van wat we zien. Het is opmerkelijk dat de primaire visuele cortex, die de informatie die het van de ogen ontvangt, ontvangt en doorgeeft, niet aangeeft wat het onderwerp ziet. Dezelfde taakverdeling geldt voor geluid en aanraking: de primaire auditieve en primaire somatosensorische cortex hebben geen directe invloed op de inhoud van de auditieve of somatosensorische ervaring. In plaats daarvan omvat het proces de volgende fase - in de actieve zone van de posterieure pariëtale cortex - die aanleiding geeft tot bewuste waarneming.
Meer licht zal worden afgeworpen door twee klinische oorzaken: elektrische stimulatie van corticaal weefsel en onderzoek van patiënten nadat specifieke gebieden verloren zijn gegaan door letsel of ziekte. Voordat bijvoorbeeld een hersentumor of een locus van epileptische aanvallen wordt verwijderd, brengen neurochirurgen de functies van nabijgelegen cortexweefsels in kaart door deze direct te stimuleren met elektroden. Het stimuleren van de posterieure hete zone kan een stroom van verschillende sensaties en gevoelens opwekken. Dit kunnen lichtflitsen zijn, geometrische vormen, grimassen, auditieve of visuele hallucinaties, een gevoel van déja vu, een verlangen om een bepaald lidmaat te bewegen, enz. Het stimuleren van de anterieure cortex is een heel andere zaak: over het algemeen levert het geen directe ervaring op.
De tweede informatiebron zijn de patiënten van neurologen uit de eerste helft van de 20e eeuw. Soms moesten chirurgen een grote gordel van de prefrontale cortex doorsnijden om tumoren te verwijderen of epileptische aanvallen te verlichten. Het is opmerkelijk hoe ongebruikelijk deze patiënten zijn. Het verlies van een deel van de frontale kwab had enkele nadelige gevolgen: patiënten ontwikkelden een terughoudendheid om onaanvaardbare emoties of handelingen in bedwang te houden, motorische gebreken en ongecontroleerde herhalingen van handelingen of woorden. Na de operatie voelden ze zich echter beter en bleven leven zonder enige tekenen van verlies of verslechtering van hun bewuste ervaring. Omgekeerd zou het verwijderen van zelfs kleine delen van de achterste cortex, waar zich hete zones bevonden, kunnen leiden tot een hele reeks problemen met het bewustzijn: patiënten konden gezichten niet herkennen, bewegingen en kleuren niet herkennen of in de ruimte navigeren.
Men zou dus denken dat het uiterlijk, de geluiden en andere levenssensaties die we ervaren, worden geboren in gebieden van de achterste cortex. Voor zover we kunnen nagaan, verschijnen daar bijna alle bewuste ervaringen. Wat is het fundamentele verschil tussen deze posterieure regio's en het grootste deel van de prefrontale cortex, dat de subjectieve inhoud niet direct beïnvloedt? We weten het niet. Een recente ontdekking geeft echter aan dat neurowetenschappers dicht bij een aanwijzing kunnen zijn.
Bewustzijnsteller
De geneeskunde heeft een apparaat nodig dat op betrouwbare wijze de aan- of afwezigheid van bewustzijn kan detecteren bij mensen met een handicap of beperking. Tijdens operaties worden patiënten bijvoorbeeld ondergedompeld in anesthesie om onbeweeglijk en met een stabiele bloeddruk te blijven - hierdoor voelen ze zich pijnvrij en vermijden ze traumatische herinneringen. Helaas wordt dit doel niet altijd bereikt: elk jaar blijven honderden patiënten op de een of andere manier bij bewustzijn onder narcose.
Een andere categorie patiënten met ernstig traumatisch hersenletsel als gevolg van een ongeval, infectie of ernstige vergiftiging kan jarenlang leven zonder te kunnen spreken of reageren op verbale verzoeken. Stel je een astronaut voor die in de ruimte zweeft en naar het controlecentrum luistert en probeert contact met hem op te nemen. Zijn beschadigde microfoon zendt zijn stem niet uit en hij lijkt volledig afgesneden van de wereld. Evenzo ervaren patiënten met hersenbeschadiging waardoor ze niet met de wereld kunnen communiceren, een extreme vorm van eenzame opsluiting.
In de vroege jaren 2000 vonden Giulio Tononi van de Universiteit van Wisconsin-Madison en Marcello Massimini van de Universiteit van Milaan in Italië de zip-zap-techniek uit om te bepalen of een persoon bij bewustzijn is of niet. Wetenschappers plaatsen een spiraal van draden op de schedel en "schieten" erop - ze sturen een krachtige puls van magnetische energie de schedel in, waarbij ze kortstondig een elektrische stroom in de neuronen opwekken. Deze interferentie prikkelt en remt op zijn beurt de partnercellen van neuronen in de verbonden gebieden, die in een golf door de hersenen gaan totdat ze uitsterven. Een netwerk van EEG-sensoren buiten de schedel leest deze elektrische signalen. Naarmate ze zich in de loop van de tijd ontvouwen, vormen deze sporen, die elk overeenkomen met een specifieke plaats in de hersenen onder de schedel, een afbeelding.
Deze foto laat geen patronen zien, maar is ook niet helemaal willekeurig. Het stelt je in staat om te bepalen hoe de hersenen vrij zijn van bewustzijn, door middel van ritmes. Wetenschappers kwantificeren deze gegevens door ze in een archief te comprimeren met het gebruikelijke.zip-algoritme, en krijgen zo de complexiteit van de hersenreactie. Vrijwilligers die wakker werden, hadden een "storingsmoeilijkheidsindex" tussen 0,31 en 0,7, die onder de 0,31 daalde met diepe slaap of anesthesie. Massimini en Tononi testten hun methode op 48 patiënten die hersenbeschadiging hadden, maar die responsief en wakker waren, en ontdekten dat de methode in elk geval de aanwezigheid van bewustzijn in een persoon kan bepalen.
De groep paste de methode vervolgens toe op 81 patiënten die minimaal bij bewustzijn of in een vegetatieve toestand waren. In de eerste groep, die enkele tekenen van niet-reflecterend gedrag vertoonde, identificeerde de methode nauwkeurig 36 van de 38 mensen in bewustzijn. Hij identificeerde ten onrechte twee patiënten als bewusteloos. Van de 43 vegetatieve patiënten die op geen enkele manier reageerden, waren er 34 bewusteloos, maar 9 waren bij bewustzijn. Hun hersenen reageerden op dezelfde manier op de hersenen van degenen die bij bewustzijn waren, wat betekent dat ze bij bewustzijn waren, maar dit niet konden communiceren met hun dierbaren.
Huidig onderzoek is gericht op het standaardiseren en verbeteren van de zip-zap-methode voor neurologische patiënten en het uitbreiden naar psychiatrische en pediatrische patiënten. Vroeg of laat zullen wetenschappers een specifieke reeks neurale mechanismen ontdekken die een soort bewuste ervaring genereren. Hoewel deze bevindingen belangrijke klinische implicaties zullen hebben en families en vrienden zullen helpen, beantwoorden ze geen antwoord op fundamentele vragen: waarom zijn deze neuronen en die niet? Waarom bij deze frequentie en niet bij die? Het mysterie dat iedereen boeit, is hoe en waarom georganiseerde stukjes werkzame stof bewuste sensaties opwekken. De hersenen gehoorzamen tenslotte, net als elk ander orgaan, dezelfde natuurkundige wetten als het hart en de nieren. Wat maakt ze anders? Welke biofysica de grijze massa transformeert,een grijze materie in de grandioze technicolor en de rijkdom van geluid waarmee onze dagelijkse ervaring met deze wereld is begiftigd?
Uiteindelijk hebben we een bevredigende wetenschappelijke theorie van bewustzijn nodig die voorspelt onder welke omstandigheden een bepaald fysiek systeem - of het nu een complex circuit van neuronen of siliciumtransistors is - in de ware zin van het woord begint te ervaren. Waarom zal de kwaliteit van deze ervaringen verschillen? Waarom is de strakblauwe lucht zo anders dan het gekrijs van een slecht gestemde viool? Is er een functie voor deze verschillen in ervaring, en zo ja, wat? Met een dergelijke theorie kunnen we bepalen welke ervaringen een bepaald systeem zal hebben. Voordat het verschijnt, zal elk gesprek over machinebewustzijn uitsluitend gebaseerd zijn op onze intuïtie, die, zoals de wetenschappelijke geschiedenis laat zien, een onbetrouwbare gids is.
Er is een bijzonder fel debat uitgebroken over de twee meest populaire theorieën over bewustzijn. Een daarvan is de theorie van de globale neurale ruimte (GNW), ontwikkeld door psycholoog Bernard Baars en neurowetenschappers Stanislas Dehanet en Jean-Pierre Shangieux. De theorie begint met het postulaat dat wanneer je je ergens bewust van wordt, veel verschillende delen van je hersenen toegang krijgen tot die informatie. Als u daarentegen onbewust handelt, is de informatie gelokaliseerd in het specifieke sensorische motorische systeem dat bij het proces betrokken is. Als u bijvoorbeeld snel typt, doet u dit automatisch. Je vraagt hoe je het doet, en je kunt er geen antwoord op geven: je hebt praktisch geen bewuste toegang tot deze informatie, en het is geconcentreerd in de hersencircuits die je ogen verbinden met de snelle bewegingen van je vingers.
Op weg naar fundamentele theorie
Volgens GNW komt bewustzijn voort uit een bepaald type informatieverwerking - bekend uit de vroege dagen van kunstmatige intelligentie, toen gespecialiseerde programma's toegang kregen tot kleine, gedeelde opslagplaatsen van informatie. Ongeacht de gegevens die op dit "bord" werden geschreven, kwamen verschillende hulpprocessen beschikbaar: werkgeheugen, taal, planningsmodule, enzovoort. Volgens GNW ontstaat bewustzijn wanneer binnenkomende sensorische informatie die op zo'n bord is geschreven, in grote lijnen wordt uitgezonden naar verschillende cognitieve systemen - die deze gegevens verwerken voor conversatie, bewaring, herinnering of actie.
Aangezien er niet veel ruimte op dit bord is, is het mogelijk dat we niet tegelijkertijd veel informatie hebben. Aangenomen wordt dat het netwerk van neuronen die deze berichten verzenden zich in de frontale en pariëtale lobben bevindt. Zodra de schaarse gegevens over het netwerk worden uitgezonden en wereldwijd beschikbaar worden gesteld, wordt de informatie bewust. Dat wil zeggen, het onderwerp is zich ervan bewust. Hoewel moderne machines dit niveau van cognitieve complexiteit nog niet hebben bereikt, is het slechts een kwestie van tijd daarvoor. GNW gaat ervan uit dat computers van de toekomst bewust zullen zijn.
Integrated Information Theory (IIT), ontwikkeld door Tononi en zijn collega's, waaronder ikzelf, heeft een heel ander uitgangspunt: de ervaring zelf. Elke ervaring heeft bepaalde essentiële eigenschappen. Het is intern, het bestaat alleen voor het onderwerp als de 'eigenaar', het is gestructureerd (een gele bus remt voor een hond die de weg oversteekt), het is concreet - het kan worden onderscheiden van andere bewuste ervaringen, zoals een aparte opname in een film. Bovendien is het uniform en duidelijk. Terwijl je op een warme, mooie dag op een bank in het park zit en naar de kinderen kijkt, kunnen de verschillende delen van de ervaring - de bries in je haar, de vreugde van het lachen van je baby - niet in delen worden verdeeld zonder de volheid van de ervaring te verliezen.
Tononi stelt dat elk complex en onderling verbonden mechanisme, waarvan de structuur codeert voor een veelvoud aan causale verbanden, deze eigenschappen zal hebben - en daarom een bepaald bewustzijnsniveau zal hebben. Als dit mechanisme, net als het cerebellum, integratie en complexiteit mist, is het van niets op de hoogte. Volgens de IIT is bewustzijn een intrinsieke causale kracht die wordt bezeten door complexe mechanismen zoals het menselijk brein.
IIT voorspelt ook dat geavanceerde simulaties van een menselijk brein dat op een digitale computer draait, niet bewust kunnen zijn - zelfs als het op een manier spreekt die niet te onderscheiden is van een echt persoon. Net zoals het modelleren van de enorme zwaartekracht van een zwart gat de ruimtetijd rond een computer niet zal vervormen, zal programmering van de geest nooit een bewuste computer creëren.
We staan voor twee taken. Een daarvan is om steeds meer geavanceerde instrumenten te gebruiken, om neuronen te observeren en te onderzoeken, om bewustzijn in deze neuronen te zoeken. Gezien de Byzantijnse complexiteit van het centrale zenuwstelsel zal het tientallen jaren duren. Een andere uitdaging is om de twee dominante theorieën te bevestigen of te weerleggen. Of creëer de beste op de fragmenten van deze twee en leg uit hoe een anderhalve kilogram orgaan ons de volheid van sensaties geeft.
Ilya Khel
