Pensiero in grande cervello

Gli scienziati stanno imparando moltissimo sul cervello: come può prendere decisioni in frazioni di secondo, come impara dagli errori del passato, come converte gli impulsi di luce in una scena visiva complessa. Ma, per alcuni, decifrare il linguaggio degli impulsi elettrici che viaggiano attraverso il nostro cervello è solo metà della storia. La seconda parte, molto più filosofica e complessa, è come l'attività cerebrale si traduce in coscienza: l'autoconsapevolezza di una persona e la percezione del mondo che la circonda.

Bill Newsome , neuroscienziato della Stanford University di Palo Alto, in California, ha trascorso gli ultimi vent'anni a studiare come i neuroni codificano le informazioni e come le usano per prendere decisioni sul mondo. Negli anni '90, lui e i suoi collaboratori sono stati in grado di cambiare il modo in cui una scimmia ha risposto al suo ambiente inviando scosse elettriche ad alcune parti del suo cervello. I risultati hanno fornito ai neuroscienziati una visione enorme del funzionamento interno del cervello.

Ma Newsome è ossessionato da una domanda persistente: come nasce la coscienza dalle funzioni cerebrali? Sente che il modo migliore per rispondere a questa domanda è impiantare un elettrodo nel proprio cervello e vedere come la corrente elettrica cambia la sua percezione del mondo.

Newsome non sarebbe la prima persona con un impianto cerebrale. I pazienti epilettici vengono sottoposti a stimolazione elettrica prima di un intervento chirurgico al cervello. Un uomo paralizzato nel New England ha un impianto sperimentale che traduce la sua attività cerebrale nei movimenti di un braccio robotico. E, forse il più famoso, Kevin Warwick, un professore di cibernetica all'Università di Reading, nel Regno Unito, ha prima impiantato un chip nelle fibre nervose del suo braccio nel 2002, poi ha impiantato un chip nel braccio di sua moglie, come parte della sua ricerca per diventare un cyborg.

Non è certo che Newsome otterrà l'approvazione per un'impresa così radicale. Ma, se lo fa, il suo esperimento non sarà nell'interesse di curare una malattia o diventare una macchina umana. Spera di fare qualcosa di più ampio: comprendere la coscienza.

Revisione della tecnologia : Perché la comprensione della coscienza è così importante per te?

Bill Newsome : Penso che il modo in cui la coscienza emerga dalla funzione cerebrale sia una delle domande più affascinanti e importanti di tutta la neurobiologia. Se comprendiamo completamente il sistema (dall'input all'output) a livello cellulare, ma ancora non sappiamo esattamente cosa causa i fenomeni mentali coscienti, avremo fallito.

TR: La maggior parte dei tuoi esperimenti è stata fatta sulle scimmie. In che modo questo ha iniziato a plasmare la tua visione della relazione tra le funzioni cerebrali e la coscienza umana?

BN : Studiamo la percezione del movimento. Addestriamo le scimmie a guardare uno schema di puntini che si muovono in una certa direzione e a segnalare la direzione dei puntini muovendo gli occhi nella stessa direzione. Se una scimmia sceglie la risposta corretta, ottiene una ricompensa.

Questo semplice comportamento contiene un mondo in termini di comprensione di come il sistema nervoso esegue un comportamento intelligente. Le informazioni sensoriali che arrivano al cervello attraverso l'occhio devono essere codificate in un linguaggio neurale che rappresenti lo stimolo all'interno del cervello. Sulla base di questa rappresentazione neurale, la scimmia deve quindi esprimere un giudizio di alto livello su ciò che sta effettivamente vedendo. Questa decisione a sua volta guida la scelta di una risposta motoria, guardare a sinistra oa destra.

TR: E hai aggiunto un nuovo livello a questa configurazione sperimentale stimolando il cervello della scimmia.

BN : Mettiamo un elettrodo in un'area del cervello nota come MT. Le cellule in quest'area rispondono selettivamente a una specifica direzione di movimento. Alcune celle sono attive quando la scimmia guarda i puntini che si spostano a sinistra, alcune celle sono attive quando la scimmia guarda i puntini che si spostano a destra. La gente aveva sospettato per molto tempo che la MT fosse importante per la nostra capacità di vedere il movimento. Quindi abbiamo fatto un esperimento in cui abbiamo stimolato artificialmente queste cellule con piccoli impulsi di corrente elettrica: ha cambiato ciò che le scimmie hanno riferito di aver visto.

TR: Quindi, con gli esperimenti sulle scimmie, puoi stimolare il cervello in modi molto mirati e cambiare il modo in cui la scimmia risponde. Ma la scimmia non può dirti cosa vede quando stimoli il cervello.

BN : Sì. Le persone possono riferire ciò che vedono, sentono o sentono, ma con le scimmie puoi solo guardare il loro cambiamento nel comportamento. Non posso entrare nella testa di una scimmia e vedere cosa vede veramente la scimmia.

Questo diventa il fulcro dell'attuale dibattito sullo studio della coscienza. Qual è l'esperienza cosciente che accompagna la stimolazione e la decisione della scimmia? Anche se sapessi tutto su come i neuroni codificano e trasmettono le informazioni, potresti non sapere cosa prova la scimmia quando stimoliamo la sua MT.

TR: Le persone hanno dimostrato che anche stimolare il cervello umano può fare cose simili, giusto?

BN : La stimolazione elettrica del cervello non è nuova. Wilder Penfield, un neurochirurgo in Canada negli anni '30 e '40, che ha aperto la strada al trattamento neurochirurgico dell'epilessia, è stato il primo a iniziare a stimolare il cervello degli esseri umani coscienti. Voleva essere in grado di identificare le parti del cervello coinvolte nel linguaggio e nel movimento, prima di estrarre il pezzo di cervello che pensava fosse responsabile della malattia, quindi ha sviluppato modi per fare un buco nel cranio ed esporre il cervello completamente umani consapevoli.

Mentre era lì a stimolare il cervello per scopi clinici, stimolava anche altre parti del cervello. Ha dimostrato che stimolando la corteccia visiva, puoi far vedere alle persone stelle o lampi di luce. Quando stimolava la corteccia uditiva, le persone potevano sentire segnali di ronzio. Quando andava più in profondità nel cervello, nella corteccia temporale, poteva suscitare percezioni complesse. Un paziente direbbe cose del tipo: 'Sono seduto nella veranda sul retro della casa di mia madre e lei mi chiama a cena'.

Ha fatto tutto questo negli anni '30, ma il campo non è mai andato da nessuna parte perché non sapeva nulla dei circuiti del cervello. Penfield stava solo stimolando un tessuto neurale di natura sconosciuta. Poteva suscitare fenomeni coscienti, ma non riusciva a capire come, esattamente, i fenomeni coscienti fossero collegati al [comportamento] dei neuroni attivati.

Ora sappiamo delle singole cellule, dei circuiti neurali e delle loro proprietà selettive. Quindi possiamo fare ipotesi migliori su come le cellule potrebbero contribuire a fenomeni cognitivi come la percezione o la memoria o l'attenzione. Possiamo modificare parti del sistema accuratamente mirate e ottenere una risposta prevedibile.

TR: Quindi, come pensi di capire il legame tra l'attività in parti specifiche del cervello e la coscienza?

BN : Ora non so come capirlo, ma mi sembra che stimolare un cervello umano come il mio sarebbe un buon punto di partenza. Se potessi stimolare la mia MT, allora, presumibilmente, saprei e potrei dire se vedo davvero i punti [reali] che si muovono [come negli esperimenti sulle scimmie] o qualcos'altro del tutto. Questo sarebbe un inizio verso l'identificazione degli [aspetti specifici della coscienza che accompagnano] l'attivazione neurale in diversi punti del sistema nervoso.

TR: Pensi che potresti davvero ottenere l'approvazione normativa? Quali sono le principali questioni etiche?

BN : Ottenere l'approvazione per fare qualcosa di simile sarebbe difficile. Qualsiasi esperimento umano in questo paese è sotto rigoroso esame. Gli avvocati e gli amministratori delle istituzioni non vedono questo genere di cose a causa dei problemi di responsabilità. E lì è un argomento decisamente scivoloso. Potrei essere in grado di sostenere il mio esperimento, ma potrebbe costituire un precedente per altri per i quali sarebbe più rischioso.

Ad esempio, se facessi questo esperimento, probabilmente sarebbe un grosso problema e finirebbe sui giornali. Qualche giovane studente laureato potrebbe vederlo come un modo per andare avanti nella sua carriera e decidere di farlo. Potrebbe correre un rischio maggiore di me. Forse avrebbe sondato più in profondità nel suo cervello, dove c'è più rischio di danneggiare il sistema vascolare. Sarebbe scomodo pensare di esserne stato in parte responsabile, anche se la mia avventura fosse andata bene.

TR: Vuoi davvero farlo?

BN : Beh, ci ho pensato molto attentamente. Ho parlato con neurochirurghi, sia negli Stati Uniti che al di fuori del paese in cui l'ambiente normativo è meno rigido, di quanto sia pratico e rischioso. Se il rischio di gravi complicazioni post-chirurgiche fosse di uno su cento, non lo farei. Se fosse uno su mille, prenderei seriamente in considerazione di farlo. Con mio disappunto, la maggior parte dei chirurghi stima che il rischio sia da qualche parte tra i miei parametri di riferimento.

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