Energias

Os cientistas estão começando a desvendar um mistério que há muito incomodou os filósofos

Consciência é tudo que você experimenta. É a música presa na sua cabeça, a doçura da mousse de chocolate, a dor latejante de uma dor de dente, o amor feroz por seu filho e o amargo conhecimento de que todos os sentimentos acabarão.

A origem e a natureza dessas experiências, às vezes chamadas de qualia, têm sido um mistério desde os primeiros dias da antiguidade até o presente. Muitos modernos filósofos analíticos da mente, mais proeminentemente talvez Daniel Dennett, da Tufts University, acham que a existência da consciência é uma afronta intolerável ao que eles acreditam ser um universo sem sentido da matéria e o vazio que eles declaram ser uma ilusão. Ou seja, eles negam que existem qualia ou argumentam que nunca podem ser significativamente estudados pela ciência.

Se essa afirmação fosse verdadeira, este ensaio seria muito curto. Tudo o que eu preciso explicar é por que você, eu e quase todos os outros estamos tão convencidos de que temos sentimentos. Se eu tiver um abscesso no dente, entretanto, um argumento sofisticado para me convencer de que minha dor é ilusória não diminuirá seu tormento nem um pouco. Como tenho muito pouca simpatia por esta solução desesperada para o problema mente-corpo, seguirei em frente.

A maioria dos estudiosos aceita a consciência como um dado e procura entender sua relação com o mundo objetivo descrito pela ciência. Há mais de um quarto de século, Francis Crick e eu decidimos deixar de lado as discussões filosóficas sobre a consciência (que envolveram os estudiosos desde pelo menos o tempo de Aristóteles) e, em vez disso, procurar por suas pegadas físicas. O que é sobre uma peça altamente excitável de matéria cerebral que dá origem à consciência? Uma vez que podemos entender isso, esperamos nos aproximar da resolução do problema mais fundamental.

Buscamos, em particular, os correlatos neuronais da consciência (NCC), definidos como os mecanismos neuronais mínimos, em conjunto, suficientes para qualquer experiência consciente específica. O que deve acontecer em seu cérebro para você experimentar uma dor de dente, por exemplo? Algumas células nervosas devem vibrar em alguma frequência mágica? Alguns neurônios de consciência especiais precisam ser ativados? Em quais regiões do cérebro essas células seriam localizadas?

Correlatos neurais da conscienca

Ao definir o NCC, o qualificador “mínimo” é importante. O cérebro como um todo pode ser considerado um NCC, afinal: gera experiência, dia após dia. Mas a sede da consciência pode ser ainda mais cercada. Pegue a medula espinhal, um tubo flexível de meio metro de comprimento e meio dentro da coluna vertebral com cerca de um bilhão de células nervosas. Se a medula espinhal é completamente cortada por trauma na região do pescoço, as vítimas ficam paralisadas nas pernas, braços e tronco, incapazes de controlar seus intestinos e bexiga e sem sensações corporais. No entanto, esses tetraplégicos continuam a experimentar a vida em toda a sua variedade - eles veem, ouvem, cheiram, sentem emoções e lembram-se tanto quanto antes do incidente que mudou radicalmente sua vida.

Ou considere o cerebelo, o "pequeno cérebro" sob a parte de trás do cérebro. Um dos mais antigos circuitos cerebrais em termos evolutivos, está envolvido no controle motor, na postura e na marcha e na execução fluida de sequências complexas de movimentos motores. Tocar piano, digitar, dançar no gelo ou escalar uma parede de rocha - todas essas atividades envolvem o cerebelo. Tem os neurônios mais gloriosos do cérebro, chamados células de Purkinje, que possuem gavinhas que se espalham como um coral de leque marinho e abrigam dinâmicas elétricas complexas. Ele também tem, de longe, a maioria dos neurônios, cerca de 69 bilhões (a maioria dos quais são as células granulares do cerebelo em forma de estrela), quatro vezes mais do que no resto do cérebro combinado.

O que acontece com a consciência se partes do cerebelo são perdidas por um derrame ou pela faca do cirurgião? Muito pouco! Pacientes cerebelares queixam-se de vários déficits, como a perda da fluidez de tocar piano ou digitação do teclado, mas nunca de perder qualquer aspecto de sua consciência. Eles ouvem, veem e se sentem bem, mantêm um senso de identidade, lembram-se de eventos passados ​​e continuam a projetar-se no futuro. Mesmo nascer sem um cerebelo não afeta sensivelmente a experiência consciente do indivíduo.

Todo o vasto aparato cerebelar é irrelevante para a experiência subjetiva. Por quê? Dicas importantes podem ser encontradas em seu circuito, que é extremamente uniforme e paralelo (assim como as baterias podem ser conectadas em paralelo). O cerebelo é quase exclusivamente um circuito de feed-forward: um conjunto de neurônios alimenta o próximo, o que por sua vez influencia um terceiro conjunto. Não há ciclos de feedback complexos que reverberam com a atividade elétrica passando de um lado para outro. (Dado o tempo necessário para que uma percepção consciente se desenvolva, a maioria dos teóricos infere que ela deve envolver laços de feedback dentro dos circuitos cavernosos do cérebro). Além disso, o cerebelo é funcionalmente dividido em centenas ou mais módulos computacionais independentes. Cada um opera em paralelo, com entradas e saídas distintas, não sobrepostas, controlar movimentos de diferentes sistemas motores ou cognitivos. Eles mal interagem - outra característica indispensável para a consciência.

Uma lição importante da medula espinhal e do cerebelo é que o gênio da consciência não aparece apenas quando qualquer tecido neural é excitado. Mais é necessário. Este fator adicional é encontrado na matéria cinzenta que compõe o célebre córtex cerebral, a superfície externa do cérebro. É uma folha laminada de tecido nervoso intrincadamente interconectado, o tamanho e a largura de uma pizza de 14 polegadas. Duas dessas folhas, altamente dobradas, junto com suas centenas de milhões de fios - a matéria branca - estão espremidas no crânio. Todas as evidências disponíveis implicam o tecido neocortical na geração de sentimentos.

Podemos diminuir ainda mais o lugar da consciência. Tomemos, por exemplo, experimentos nos quais diferentes estímulos são apresentados aos olhos direito e esquerdo. Suponha que uma foto de Donald Trump seja visível apenas para o olho esquerdo e uma de Hillary Clinton apenas para o olho direito. Podemos imaginar que você veria alguma superposição estranha de Trump e Clinton. Na realidade, você verá Trump por alguns segundos, depois do qual ele desaparecerá e Clinton aparecerá, após o que ela irá embora e Trump reaparecerá. As duas imagens se alternarão em uma dança interminável por causa do que os neurocientistas chamam de rivalidade binocular. Porque seu cérebro está recebendo uma contribuição ambígua, não pode decidir: é Trump, ou é Clinton?

Se, ao mesmo tempo, você estiver deitado dentro de um scanner magnético que registra a atividade cerebral, os pesquisadores descobrirão que um amplo conjunto de regiões corticais, coletivamente conhecidas como a zona quente posterior, está ativo. Estas são as regiões parietal, occipital e temporal na parte posterior do córtex [ ver gráfico abaixo] que desempenham o papel mais importante no rastreamento do que vemos. Curiosamente, o córtex visual primário que recebe e transmite a informação vinda dos olhos não sinaliza o que o sujeito vê. Uma hierarquia similar de trabalho parece ser verdadeira em relação ao som e ao tato: os córtices auditivos primários e somatossensoriais primários não contribuem diretamente para o conteúdo da experiência auditiva ou somatossensorial. Em vez disso, são os próximos estágios do processamento - na zona quente posterior - que dão origem à percepção consciente, incluindo a imagem de Trump ou Clinton.

Mais esclarecedoras são duas fontes clínicas de evidências causais: a estimulação elétrica do tecido cortical e o estudo de pacientes após a perda de regiões específicas causadas por lesão ou doença. Antes de remover um tumor cerebral ou o locus das crises epilépticas de um paciente, por exemplo, os neurocirurgiões mapeiam as funções do tecido cortical próximo, estimulando-o diretamente com eletrodos. Estimular a zona quente posterior pode desencadear uma diversidade de sensações e sentimentos distintos. Estes podem ser flashes de luz, formas geométricas, distorções de faces, alucinações auditivas ou visuais, um sentimento de familiaridade ou irrealidade, o desejo de mover um membro específico, e assim por diante. Estimular a frente do córtex é uma questão diferente: em geral, não provoca nenhuma experiência direta.

Uma segunda fonte de insights são os pacientes neurológicos da primeira metade do século XX. Os cirurgiões às vezes tinham que extirpar um grande cinturão de córtex pré-frontal para remover tumores ou melhorar crises epilépticas. O que é notável é quão pouco visíveis esses pacientes apareceram. A perda de uma parte do lobo frontal teve certos efeitos deletérios: os pacientes desenvolveram uma falta de inibição de emoções ou ações inadequadas, déficits motores ou repetição incontrolável de ação ou palavras específicas. Após a operação, no entanto, sua personalidade e QI melhoraram, e eles passaram a viver por muitos mais anos, sem evidências de que a remoção drástica do tecido frontal afetou significativamente sua experiência consciente. Por outro lado, a remoção de até mesmo pequenas regiões do córtex posterior, onde reside a zona quente,

Assim, parece que as visões, sons e outras sensações da vida, como as experimentamos, são geradas por regiões dentro do córtex posterior. Até onde podemos dizer, quase todas as experiências conscientes têm sua origem lá. Qual é a diferença crucial entre essas regiões posteriores e grande parte do córtex pré-frontal, que não contribui diretamente para o conteúdo subjetivo? A verdade é que não sabemos. Mesmo assim - e excitantemente - uma descoberta recente indica que os neurocientistas podem estar se aproximando.

O medidor da consciencia 

Existe uma necessidade clínica não satisfeita para um dispositivo que detecte de forma confiável a presença ou ausência de consciência em indivíduos debilitados ou incapacitados. Durante a cirurgia, por exemplo, os pacientes são anestesiados para mantê-los imóveis e a pressão arterial estável e para eliminar a dor e as lembranças traumáticas. Infelizmente, esse objetivo nem sempre é atingido: a cada ano, centenas de pacientes recebem alguma atenção sob anestesia.

Outra categoria de pacientes com lesões cerebrais graves por causa de acidentes, infecções ou intoxicações extremas pode viver por anos sem poder falar ou responder a solicitações verbais. Estabelecer que eles experimentam a vida é um grave desafio para as artes clínicas. Pense em um astronauta à deriva no espaço, ouvindo as tentativas do controle da missão de contatá-lo. Seu rádio danificado não retransmite sua voz e ele parece perdido para o mundo. Esta é a situação desesperada de pacientes cujo cérebro danificado não permitirá que eles se comuniquem com o mundo - uma forma extrema de confinamento solitário.

No início dos anos 2000, Giulio Tononi, da Universidade de Wisconsin-Madison, e Marcello Massimini, agora na Universidade de Milão, na Itália, foram os pioneiros de uma técnica chamada zap e zip, para investigar se alguém está consciente ou não. Os cientistas seguraram um rolo de fio embainhado contra o couro cabeludo e o “zapped” - enviaram um pulso intenso de energia magnética para o crânio - induzindo uma breve corrente elétrica nos neurônios abaixo. A perturbação, por sua vez, excitou e inibiu as células parceiras dos neurônios em regiões conectadas, em uma cadeia reverberando através do córtex, até que a atividade desaparecesse. Uma rede de sensores de eletroencefalograma (EEG), posicionados fora do crânio, registrou esses sinais elétricos. À medida que se desdobravam com o tempo, esses traços, cada um correspondendo a um local específico no cérebro abaixo do crânio, produziam um filme.

Esses registros de desdobramento não esboçaram um padrão estereotipado, nem foram completamente aleatórios. Notavelmente, quanto mais previsíveis fossem esses ritmos de depilação e diminuição, maior a probabilidade de o cérebro estar inconsciente. Os pesquisadores quantificaram essa intuição comprimindo os dados do filme com um algoritmo comumente usado para “zipar” arquivos de computador. O zíper rendeu uma estimativa da complexidade da resposta do cérebro. Voluntários que estavam acordados apresentaram um “índice de complexidade perturbacional” entre 0,31 e 0,70, caindo abaixo de 0,31 quando profundamente adormecidos ou anestesiados. Massimini e Tononi testaram essa medida zap-e-zip em 48 pacientes com lesões cerebrais, mas responsivos e acordados, descobrindo que, em todos os casos, o método confirmava a evidência comportamental da consciência.

A equipe então aplicou zap e zip em 81 pacientes que estavam minimamente conscientes ou em estado vegetativo. Para o primeiro grupo, que mostrou alguns sinais de comportamento não reflexivo, o método encontrou corretamente que 36 dos 38 pacientes estavam conscientes. Ele diagnosticou erroneamente dois pacientes como inconscientes. Dos 43 pacientes em estado vegetativo em que todos os leitos tentam estabelecer comunicação falharam, 34 foram rotulados como inconscientes, mas nove não. Seus cérebros reagiram de maneira semelhante aos dos controles conscientes - sugerindo que estavam conscientes, mas incapazes de se comunicar com seus entes queridos.

Estudos em andamento buscam padronizar e melhorar zap e zip para pacientes neurológicos e estendê-lo a pacientes psiquiátricos e pediátricos. Mais cedo ou mais tarde, os cientistas descobrirão o conjunto específico de mecanismos neurais que dão origem a qualquer experiência. Embora esses achados tenham implicações clínicas importantes e possam ajudar famílias e amigos, eles não responderão a algumas questões fundamentais: por que esses neurônios, e não aqueles? Por que essa freqüência em particular e não isso? De fato, o mistério permanente é como e por que qualquer peça altamente organizada de matéria ativa dá origem à sensação consciente. Afinal, o cérebro é como qualquer outro órgão, sujeito às mesmas leis físicas do coração ou do fígado. O que faz diferente? O que é sobre a biofísica de um pedaço de matéria cerebral altamente excitável que transforma a gosma cinza no glorioso som surround e o Technicolor que é o tecido da experiência cotidiana?

Em última análise, o que precisamos é de uma teoria científica satisfatória da consciência que preveja sob quais condições qualquer sistema físico específico - seja um circuito complexo de neurônios ou transistores de silício - tem experiências. Além disso, por que a qualidade dessas experiências é diferente? Por que um céu azul claro parece tão diferente do guincho de um violino mal sintonizado? Essas diferenças na sensação têm uma função e, em caso afirmativo, o que é isso? Tal teoria nos permitirá inferir quais sistemas experimentarão qualquer coisa. Ausente de uma teoria com previsões testáveis, qualquer especulação sobre a consciência da máquina é baseada apenas em nossa intuição, que a história da ciência mostrou não ser um guia confiável.

Debates ferozes surgiram em torno das duas teorias mais populares da consciência. Um deles é o espaço de trabalho neuronal global (GNW) do psicólogo Bernard J. Baars e dos neurocientistas Stanislas Dehaene e Jean-Pierre Changeux. A teoria começa com a observação de que, quando você está consciente de algo, muitas partes diferentes do seu cérebro têm acesso a essa informação. Se, por outro lado, você agir inconscientemente, essa informação é localizada no sistema motor sensorial específico envolvido. Por exemplo, quando você digita rápido, você faz isso automaticamente. Perguntado como você faz isso, você não saberia: você tem pouco acesso consciente a essa informação, que também está localizada nos circuitos cerebrais que ligam seus olhos aos movimentos rápidos dos dedos.

Em direcao a uma teoria fundamental

A GNW argumenta que a consciência surge de um tipo particular de processamento de informação - familiar desde os primórdios da inteligência artificial, quando programas especializados acessam um pequeno repositório compartilhado de informações. Quaisquer que fossem os dados escritos sobre esse quadro negro, tornaram-se disponíveis para uma série de processos subsidiários: memória de trabalho, linguagem, o módulo de planejamento e assim por diante. De acordo com a GNW, a consciência surge quando a informação sensorial recebida, inscrita em tal quadro negro, é transmitida globalmente para múltiplos sistemas cognitivos - que processam esses dados para falar, armazenar ou chamar uma memória ou executar uma ação.

Como o quadro negro possui espaço limitado, só podemos ter conhecimento de um pouco de informação em um determinado instante. Acredita-se que a rede de neurônios que transmitem essas mensagens esteja localizada nos lobos frontal e parietal. Uma vez que esses dados esparsos são transmitidos nesta rede e estão disponíveis globalmente, as informações tornam-se conscientes. Isto é, o sujeito fica ciente disso. Enquanto as máquinas atuais ainda não atingem esse nível de sofisticação cognitiva, isso é apenas uma questão de tempo. A GNW postula que os computadores do futuro serão conscientes.

A teoria da informação integrada (IIT), desenvolvida por Tononi e seus colaboradores, inclusive eu, tem um ponto de partida muito diferente: a própria experiência. Cada experiência tem certas propriedades essenciais. É intrínseco, existindo apenas para o sujeito como seu “dono”; está estruturado (um táxi amarelo está travando enquanto um cachorro marrom atravessa a rua); e é específico - distinto de qualquer outra experiência consciente, como um quadro particular em um filme. Além disso, é unificado e definido. Quando você se senta em um banco de parque em um dia quente e ensolarado, vendo as crianças brincarem, as diferentes partes da experiência - a brisa brincando ou a alegria de ouvir a risada da criança - não podem ser separadas em partes sem que a experiência deixe de existir. seja o que é.

Tononi postula que qualquer mecanismo complexo e interconectado cuja estrutura codifique um conjunto de relações de causa e efeito terá essas propriedades - e, portanto, terá algum nível de consciência. Vai se sentir como algo do interior. Mas se, como o cerebelo, o mecanismo não tiver integração e complexidade, não terá consciência de nada. Como o IIT afirma, a consciência é um poder causal intrínseco associado a mecanismos complexos, como o cérebro humano.

A teoria do IIT também deriva, da complexidade da estrutura interligada subjacente, um único número não negativo pron (pronuncia-se “ fy ”) que quantifica essa consciência. Se Φ é zero, o sistema não se sente como se fosse ele mesmo. Por outro lado, quanto maior esse número, mais poder causal intrínseco o sistema possui e mais consciente ele é. O cérebro, que tem uma conectividade enorme e altamente específica, possui um very muito alto, o que implica um alto nível de consciência. O IIT explica uma série de observações, como por que o cerebelo não contribui para a consciência e por que o zap-and-zip meter funciona. (A quantidade que o metro mede é uma aproximação muito grosseira de Φ.)

O IIT também prevê que uma simulação sofisticada de um cérebro humano rodando em um computador digital não pode ser consciente - mesmo que possa falar de uma maneira indistinguível de um ser humano. Assim como simular a enorme atração gravitacional de um buraco negro não deforma realmente o espaço-tempo em torno do computador que implementa o código astrofísico, a programação para a consciência nunca criará um computador consciente. A consciência não pode ser calculada: deve ser construída na estrutura do sistema.

Dois desafios estão por vir. Uma delas é usar as ferramentas cada vez mais refinadas à nossa disposição para observar e investigar as vastas coalizões de neurônios altamente heterogêneos que compõem o cérebro para delinear ainda mais as pegadas neuronais da consciência. Esse esforço levará décadas, dada a complexidade bizantina do sistema nervoso central. A outra é verificar ou falsificar as duas teorias atualmente dominantes. Ou, talvez, construir uma teoria melhor a partir de fragmentos desses dois que explicarão satisfatoriamente o enigma central de nossa existência: como um órgão de três libras com a consistência de tofu exala a sensação de vida.

Este artigo faz parte de um relatório especial,  “As Maiores Questões na Ciência”,  patrocinado pelo  Prêmio Kavli . Foi produzido de forma independente pelos   editores da Scientific American  e  Nature , que são os únicos responsáveis ​​por todo o conteúdo editorial.

Fonte - Scientific American

Autor:

Christof Koch - cientista-chefe e presidente do Allen Institute for Brain Science, em Seattle. Ele atua no conselho de assessores da Scientific American e é autor de vários livros, incluindo Consciousness: Confessions of a Romantic Reductionist (2012).
Crédito: Nick Higgins