I segnali cerebrali possono rivelare quanto sia sveglio il cervello di una mosca

Una foto di una persona che gioca a tennis Mohamed Nuzrath di Pixabay

I livelli di coscienza sono notoriamente difficili da misurare. Il gold standard è studiare le immagini di risonanza magnetica funzionale del cervello mentre un individuo riceve vari stimoli, come le istruzioni per pensare a giocare a tennis. Questo cambia i modelli di attività nel cervello in modo misurabile.

Ma le macchine fMRI sono ingombranti e costose e i test sono difficili da eseguire, in particolare per i pazienti in coma o in stato di minima consapevolezza. Un'altra opzione è misurare l'attività elettrica del cervello usando le scansioni EEG. Questo è più facile, ma i neuroscienziati devono concordare un chiaro indicatore di consapevolezza in questi segnali.

Quindi un modo migliore per misurare ciò che è noto come 'eccitazione cosciente' è disperatamente necessario.

Entrano Roberto Muñoz alla Monash University in Australia e un certo numero di colleghi. Queste persone hanno trovato un modo per misurare il livello di eccitazione cosciente nei moscerini della frutta usando la complessità dei segnali prodotti dal cervello. La loro tecnica consente loro di distinguere tra mosche che sono state anestetizzate e quelle che non lo sono state, semplicemente osservando i segnali.

Il nuovo lavoro offre un modo oggettivo per misurare l'eccitazione cosciente, sulla base di idee consolidate dalla teoria della complessità. È potenzialmente applicabile agli esseri umani. E riflette un crescente interesse per le nuove teorie della coscienza che sono testabili sperimentalmente.

Innanzitutto, un po' di background. Una delle scoperte più importanti nello studio della coscienza negli ultimi anni è un'idea nota come teoria dell'informazione integrata . Sviluppata dal neuroscienziato Giulio Tonini, l'idea è che un sistema cosciente debba avere due tratti specifici.

Il primo è che deve elaborare grandi quantità di informazioni. La seconda è che queste informazioni devono essere integrate in un insieme che non può essere scomposto in parti indipendenti. Questo riflette l'esperienza che ogni momento di coscienza è un tutto unificato. Quindi la coscienza è un fenomeno di informazioni con proprietà specifiche.

Uno dei grandi vantaggi di questa teoria è che si presta all'analisi matematica. In effetti, fisici come Max Tegmark del MIT hanno sviluppato modelli matematici di teoria dell'informazione integrata che fanno previsioni verificabili e possono essere modificati per tenere conto dei dati osservativi.

Ad esempio, la teoria prevede che le informazioni associate all'eccitazione cosciente debbano avere un certo livello di complessità. E quindi la complessità delle informazioni che produce è una misura dell'eccitazione cosciente.

Tuttavia, c'è un problema. Le informazioni associate all'eccitazione cosciente sono chiaramente collegate a molte parti diverse del cervello. Misurare queste informazioni integrate è un compito difficile.

Ma c'è un approccio più semplice. Questo serve per esaminare il flusso di informazioni da posizioni specifiche nel cervello e misurare la complessità delle serie temporali che produce. Poiché questa serie temporale è correlata ai meccanismi che integrano le informazioni nel cervello, dovrebbe offrire una visione del livello di coscienza dietro di essa.

Almeno, questa è la teoria. Per scoprirne il valore pratico, Muñoz e compagni studiano i segnali cerebrali prodotti da 13 moscerini della frutta sia quando sono svegli che quando sono anestetizzati. Quindi studiano i segnali per vedere quanto sono complessi.

I risultati costituiscono una lettura interessante. Abbiamo scoperto che la complessità statistica è in media maggiore quando una mosca è sveglia rispetto a quando la stessa mosca viene anestetizzata, dicono.

Questo è importante perché suggerisce un modo affidabile per determinare il livello di eccitazione cosciente utilizzando i dati provenienti da un singolo canale, piuttosto che da molte fonti di dati diverse. Suggerisce inoltre che esiste un chiaro indicatore di eccitazione cosciente che non dipende da specifici stimoli esterni.

Questo è un lavoro interessante che solleva la possibilità di studi più dettagliati. Ad esempio, i dati dei singoli canali potrebbero offrire maggiori informazioni sulla natura della coscienza. È probabile che l'applicazione di un'analisi simile ad altri set di dati, in particolare i dati EEG umani, porterà a nuove scoperte sulla relazione tra coscienza e complessità, affermano Muñoz e co.

Non molto tempo fa la coscienza era un argomento tabù per i ricercatori a causa della percepita incapacità di affrontarla scientificamente. Ma il nuovo lavoro riflette un ritrovato interesse ed entusiasmo nell'esplorazione della coscienza con ipotesi verificabili e osservazioni riproducibili. Chiaramente ci sono tempi eccitanti davanti.

Rif: arxiv.org/abs/1905.13173 : Distinguere gli stati di eccitazione cosciente usando la complessità statistica

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