La coscienza in una visione
unificata
GIOVANNI
ROSSI
NOTE E NOTIZIE - Anno XX – 28 gennaio
2023.
Testi
pubblicati sul sito www.brainmindlife.org della Società Nazionale di
Neuroscienze “Brain, Mind & Life - Italia” (BM&L-Italia). Oltre a notizie
o commenti relativi a fatti ed eventi rilevanti per la Società, la sezione
“note e notizie” presenta settimanalmente lavori neuroscientifici selezionati
fra quelli pubblicati o in corso di pubblicazione sulle maggiori riviste e il cui
argomento è oggetto di studio dei soci componenti lo staff dei recensori della Commissione
Scientifica della Società.
[Tipologia del testo: RECENSIONE]
Un problema per la ricerca sulle basi
neurobiologiche e per le teorie neuroscientifiche della coscienza rimane
la mancanza di una definizione univoca, precisa, soddisfacente e condivisa dell’oggetto
di studio, sia perché il termine designa realtà diverse e in parte sovrapposte
nella tradizione semantica e culturale, sia perché è opinione comune che, se la
coscienza rappresenta un’entità unica, la sua natura è quella di un fenomeno
multidimensionale.
In
occasione della presentazione dell’interessante libro di Stanislas Dehaene, Consciousness and the Brain: Deciphering
How the Brain Codes Our Thoughts[1], proponemmo un breve saggio sulla
coscienza, ancora attuale, al quale rimandiamo sia per introdursi all’argomento
in generale, sia per un inquadramento sintetico delle teorie scientifiche ormai
classiche che tentano di spiegare le basi neurali dell’esperienza soggettiva di
essere coscienti del mondo e di sé stessi[2].
Illustrando la teoria di Gerald Edelman, il nostro
presidente proponeva in una premessa terminologica sette definizioni di
coscienza[3] e poi,
sostanzialmente, operava una distinzione che riportiamo qui di seguito in una
sintesi recente:
“Le
origini dello studio scientifico della coscienza coincidono, in una chiave
epistemologica, con l’impiego di metodi riconducibili a tre paradigmi principali:
anestesiologico, neurologico e psicologico-psichiatrico. Nelle epoche
precedenti, la filosofia, prima, e la filosofia della mente, poi, avevano
egemonizzato il campo dando luogo a numerose costruzioni teoriche, campi
specializzati del sapere e visioni culturali”[4].
La
multidimensionalità è comunemente accettata, soprattutto se si individuano
quali dimensioni chiave la consapevolezza e la veglia; tuttavia,
tali dimensioni sono state ben definite e descritte concettualmente, ma non
ancora caratterizzate neurobiologicamente in modo soddisfacente.
Zirui Huang, George A. Mashour e Anthony G. Hudetz hanno
ipotizzato che le dimensioni della coscienza sono codificate in dimensioni
neurofunzionali multiple del cervello, e hanno individuato la geometria
funzionale della corteccia cerebrale quale sede della codifica delle dimensioni
della coscienza.
(Huang
Z., et al., Functional geometry of the cortex encodes dimensions
of consciousness. Nature Communication
14 (1): 72,
2023 – Epub ahead of print doi: 10.1038/s41467-022-35764-7, Jan 5, 2023).
La provenienza degli autori è la seguente: Department of Anesthesiology, University of
Michigan Medical School, Ann Arbor, MI (USA); Center for Consciousness Science,
University of Michigan Medical School, Ann Arbor, MI (USA); Neuroscience Graduate
Program, University of Michigan Medical School, Ann Arbor, MI (USA); Department
of Pharmacology, University of Michigan Medical School, Ann Arbor, MI (USA).
Per
comprendere come si è giunti al compromesso attuale tra concezione
medico-anestesiologica e psicologico-psichiatrica, per avere in tal modo una
cornice di riferimento teorico per le basi biologiche, è sufficiente ricordare:
“Per
gran parte del Novecento, la separazione tra la concezione psicologica della
coscienza, dominata dalle teorie psicoanalitiche e fenomenologiche, e la
nozione medica, operativamente vincolata alle esigenze diagnostiche, è stata sempre
molto netta. La prima teoria neuroscientifica della coscienza, che ha
ricondotto la fenomenica psicologica a precise basi neurobiologiche, è stata
elaborata da Gerald Maurice Edelman, a compimento del suo ambizioso progetto di
riportare la mente umana in seno alle scienze biologiche.
L’impresa
teorica ha preso le mosse dalla comprensione dei principi alla base
dell’evoluzione morfologica della materia biologica, compiutamente esposti in Topobiology, e si
è sviluppata attraverso l’applicazione di tali principi alla ricostruzione dei
processi che hanno portato all’organizzazione morfo-funzionale del cervello,
secondo quanto si legge in Neural Darwinism. Sulla base dei tre vincoli della teoria
della selezione dei gruppi neuronici (TSGN) – ossia i due tipi di selezione, in
corso di sviluppo e per effetto dell’esperienza, e il rientro dell’informazione
fra aree attive in parallelo – Edelman ha delineato le basi evolutive[5] e neurofunzionali della coscienza
animale, che funzionerebbe allo stesso modo della coscienza primaria umana, sostanzialmente come un ‘presente
ricordato’ (The Remembered
Present)”[6].
Edelman
insisteva sull’effettività della coscienza ossia sulla natura di
dimensione funzionale del cervello che genera gli stati e i fenomeni che le appartengono.
Ma ci si è chiesti: in cosa consiste questa effettività e perché si
perde nel coma? Infatti:
“Nonostante
la potenza esplicativa e la coerenza con principi che legano i processi alla
base della coscienza all’evoluzione filogenetica del sistema nervoso, la teoria
di Edelman non sembra esserci d’aiuto quando ci poniamo interrogativi sugli
stati cerebrali che riconduciamo ai vari gradi di coma e, anche se l’argomento
è di tradizionale interesse neurologico, la concezione della coscienza che
realmente poniamo in questione è quella anestesiologica. In altri termini, non
sono in questione le alterazioni di aspetti delle funzioni psichiche coscienti
per danni cerebrali, ma la condizione fisiologica complessiva che caratterizza
lo stato naturale di veglia, vigilanza, consapevolezza e reattività agli
stimoli ambientali.
I
farmaci anestetici generali aboliscono tutte le percezioni periferiche, agendo
sul midollo spinale, e contemporaneamente inducono la perdita della coscienza, agendo
sulla corteccia cerebrale; nella loro azione risparmiano il segmento bulbare
del tronco encefalico che garantisce gli automatismi cardiorespiratori
necessari alla sopravvivenza. È evidente l’analogia con il coma, e si comprende
intuitivamente perché i primi studi sulla sospensione della vita di relazione
abbiano provato ad indagare i rapporti fisiopatologici con l’anestesia”[7].
La
ricerca di un indice per valutare in modo oggettivo la presenza di
attività neurale corrispondente alla coscienza durante il coma o “misura della
capacità di esperienza” è portata avanti grazie allo studio del cervello sotto
anestesia. E, in proposito, riporto fino alla fine del primo paragrafo la mia
già citata sintesi del discorso introduttivo per l’avvio dello studio[8]:
“D’altra
parte, si è basata sull’impiego di anestetici generali anche l’attualità degli
esperimenti di Tononi e Massimini, che abbiamo considerato nelle recensioni e
discussioni della preziosa ricerca di una misura oggettiva della capacità di
esperienza.
Infatti,
i protocolli stilati per ottenere misure TMS/EEG sono stati messi alla prova
con tre mezzi di abolizione della coscienza, midazolam, propofol e xenon, che
esercitano l’effetto anestetico con tre meccanismi d’azione differenti, ma sono
comunemente impiegati in anestesiologia. Tutti e tre i mezzi anestetici,
indipendentemente dalla somministrazione quale gas mediante una maschera o per
iniezione endovenosa, hanno prodotto lo stesso risultato: un’onda lenta
corrispondente al passaggio dalla veglia all’incoscienza.
Tale
onda lenta presentava due andamenti:
rimaneva confinata localmente, indicando una perdita di integrazione, o si
diffondeva a macchia d’olio, indicando una perdita di informazione.
La
ketamina, un farmaco derivato
dall’allucinogeno fenciclidina impiegato nell’anestesia degli animali di grande
taglia, è una molecola con particolari proprietà analgesiche e induce una
perdita di coscienza dissociativa. Negli esperimenti di Tononi, Massimini e
colleghi, con la ketamina non si è avuta la comparsa dell’onda lenta tipica
delle altre tre classi di anestetici, e sullo schermo del computer che
registrava il rilievo EEG si è vista riapparire la morfologia delle onde tipica
dello stato di veglia, nonostante una completa perdita di reattività e un fondo
elettroencefalografico simile a quello dell’attivazione durante il sonno.
La
nuova misura definita da Tononi e Massimini, ossia il PCI (perturbational complexity index),
ottenuto estraendo gli effetti causali della TMS (zapping the cortex) e comprimendo la matrice
spazio-temporale (zipping its responses), è
sostanzialmente diversa da tutti i precedenti mezzi di registrazione
dell’attività cosciente perché rileva la quantità di informazione irriducibile
generata da interazioni causali all’interno del sistema talamo-corticale, così
fornendo uno scalare misurabile empiricamente che si approssima alla misura
teorica di Φ, ossia dell’informazione integrata.
Studi
successivi hanno elaborato altri metodi per stimare la complessità delle
risposte cerebrali alle stimolazioni transcraniche e intracraniche, e un lavoro
di Comolatti dell’Università di San Paolo (Brasile),
al quale hanno partecipato anche Tononi, Massimini e altri ricercatori[9], ha definito un nuovo indice: il
PCIST. La nuova misura, che sembra conservare la precisione del PCI, è più
semplice da eseguire e i tempi di calcolo sono inferiori a un secondo. Gli autori
dello studio sono certi che il PCIST costituisca un reale progresso rispetto al
PCI.
Lo
sviluppo di questi indici si basa sul presupposto che la coscienza dipenda dal
sistema talamocorticale e che sistemi encefalici quali quelli cerebellari,
nonostante una densità neuronica notevolmente superiore, siano del tutto
ininfluenti. Le ragioni di questa nozione, condivisa dalla comunità
neuroscientifica, sono state compiutamente esposte di recente (v. Note e Notizie
01-06-19 Novità, sorprese e riflessioni sul cervelletto).
Seguendo
questa concezione, la Locked-in Syndrome
dovrebbe essere esclusa dagli stati clinici correlati al coma, ma personalmente
credo che una migliore conoscenza della sua fisiopatologia potrebbe aiutarci a
comprendere processi che, secondo la mia visione della neurofisiologia dell’encefalo,
possono contribuire a garantire l’attività di fondo necessaria per la funzione
psichica di base attuale. In questa sindrome, detta anche stato di deafferentazione,
i pazienti sembrano prigionieri del proprio corpo ma, nella maggior parte dei
casi, conservano la coscienza, pur rimanendo incapaci di rispondere in modo
fisiologico e adeguato. La causa più frequente è una lesione del ponte ventrale
da occlusione ischemizzante dell’arteria basilare. Il danno infartuale
risparmia sia le vie somatosensoriali sia le connessioni ascendenti responsabili
della veglia e dell’allerta; non sono distrutti nemmeno i neuroni mesencefalici
che consentono il sollevamento delle palpebre nel risveglio, ma sono interrotte
le vie motorie corticobulbari e corticospinali, privando il paziente dell’abilità
di articolare il linguaggio e della capacità di fornire risposte motorie di
ogni genere, eccetto i movimenti verticali degli occhi e l’ammiccamento. La Locked-in Syndrome può essere causata anche
da forme gravi della sindrome di Guillain-Barré, da mielinosi pontina e
paralisi periodica”[10].
Dopo
questo excursus sulle attualità della coscienza e della sua patologia,
ritorniamo alla comunicazione di Zirui Huang, George
A. Mashour e Anthony G. Hudetz,
che hanno cercato sostegno all’ipotesi che le differenti dimensioni della
coscienza, quali appunto l’essere svegli e vigili e l’essere consapevoli, siano
codificate in dimensioni neurofunzionali multiple del cervello.
A
tale fine hanno condotto uno studio di analisi dei gradienti corticali che sono
un continuo della sovrastante geometria funzionale del cervello, per caratterizzare
queste dimensioni neurofunzionali.
I
ricercatori hanno dimostrato che le perturbazioni della coscienza umana, per cause
farmacologiche, neuropatologiche o psichiatriche, sono associate alla
degradazione di uno o più dei principali gradienti corticali in dipendenza
dello stato. Le riconfigurazioni specifiche di rete all’interno dello
spazio di gradiente corticale multidimensionale sono associate ad
assenza di risposta comportamentale di varie eziologie e queste
riconfigurazioni spaziali sono correlate con una rottura temporale delle
transizioni strutturate degli stati cerebrali dinamici.
Questa
base costituisce una cornice neurofunzionale unificante per le dimensioni
multiple della coscienza umana, sia in condizioni fisiologiche che patologiche.
L’autore della nota ringrazia la dottoressa Isabella Floriani per la correzione della bozza e
invita alla lettura delle recensioni di argomento connesso che appaiono nella sezione “NOTE E NOTIZIE”
del sito (utilizzare il motore interno nella pagina “CERCA”).
Giovanni
Rossi
BM&L-28 gennaio 2023
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of Neuroscience, è registrata presso l’Agenzia delle Entrate di Firenze, Ufficio
Firenze 1, in data 16 gennaio 2003 con codice fiscale 94098840484, come organizzazione
scientifica e culturale non-profit.
[1] Stanislas Dehaene, Consciousness and the Brain: Deciphering How the Brain Codes Our
Thoughts, Viking Adult, 2014.
[2] Note e Notizie 13-09-14 La coscienza
e un interessante nuovo libro di Dehaene.
[3] Seguendo Natsoulas,
che impiega lo schema delle definizioni dell’Oxford English Dictionary,
si può distinguere una coscienza 1: conoscenza comune o reciproca; coscienza
2: conoscenza o convinzione interna; coscienza 3: lo stato di essere
mentalmente consci o consapevoli di qualcosa; coscienza 4: lo stato o
facoltà di essere coscienti, come condizione di ogni pensiero o stato
concomitante per ogni pensiero, sentimento o volizione; coscienza 5: la
totalità di impressioni, pensieri e sentimenti che costituiscono l’essere
cosciente di una persona; coscienza 6: lo stato di essere cosciente
quale condizione fisiologica di vigilanza vitale.
[4] Note e Notizie 25-01-20 Un
nuovo studio sul coma.
[5] Questa concezione supera l’ipotesi
di Mead di un’origine sociale della coscienza (cfr. G. H. Mead, Mind, Self
and Society. University of Chicago Press; trad. it.:
Mente, sé e società. Giunti-Barbera, Firenze 1972).
[6] Note e Notizie 25-01-20 Un
nuovo studio sul coma. Le tesi di Edelman al riguardo sono compiutamente
espresse nella monografia diventata un classico: Gerald M. Edelman, The Remembered Present. A
Biological Theory of Consciousness. Basic Books, New York 1989 (Gerald
M. Edelman, Il presente ricordato – una teoria biologica della coscienza.
Rizzoli, Milano 1991).
[7] Note e Notizie 25-01-20 Un nuovo studio sul coma.
[8] Due eventi straordinari, ossia la riattivazione di neuroni di cervelli
morti e l’uscita dal coma di una donna dopo 27 anni, di cui ci siamo occupati
nel settembre del 2019 (Note e Notizie 28-09-19 Esce dal coma dopo 27 anni e
riapre questioni mai realmente risolte; Note e Notizie 21-09-19 La
riattivazione di cervelli morti mette in crisi la morte cerebrale), hanno
avuto un peso determinante nella decisione di costituire un gruppo di studio
per analizzare e valutare le più recenti acquisizioni in questo campo. Lo
scritto è una sintesi del discorso introduttivo che il nostro presidente,
Giuseppe Perrella, ha tenuto in occasione dell’incontro che ha dato l’avvio al
lavoro sviluppato nel corso del 2020.
[9] Comolatti
R., et al. A fast
and general method to empirically estimate the complexity of brain responses to
transcranial and intracranial stimulations. Brain
Stimul. – Epub ahead of print doi:
10.1016/j.brs.2019.05.013., 2019.
[10] Note e Notizie 25-01-20 Un
nuovo studio sul coma.