Meccanica e cervello: la coscienza come effetto dell’entropia

E se la coscienza fosse il mezzo usato dal nostro cervello per massimizzare il contenuto informativo? In altre parole, se la coscienza fosse un effetto collaterale del nostro cervello che si muove verso uno stato di entropia? Proprio come l’Universo, la nostra rete neuronale potrebbe essere programmata per massimizzare il disordine – in un modo quindi simile al principio di entropia – e la nostra coscienza non sarebbe altro che un effetto secondario. A partire da queste ipotesi, una squadra di ricercatori della Toronto University e dell’Università Paris Descartes ha utilizzato la teoria delle probabilità detta meccanica statistica per tracciare le reti neuronali di nove persone, di cui sette schizofreniche.

L’idea si basa quindi sul principio dell’entropia, termine utilizzato in fisica per descrivere la progressione di un sistema da una condizione ordinata verso il disordine. Il principio fisico dice che in un sistema fisico qualsiasi l’entropia (cioè il disordine) non può che aumentare. Questo è ciò che molti fisici ritengono stia accadendo anche nel nostro Universo. A partire dal Big Bang, il disordine nell’Universo è sempre aumentato; l’Universo è in un graduale e perenne percorso da uno stato di bassa a uno di alta entropia. L’idea di applicare questo principio alle connessioni neuronali, e i risultati della ricerca finora appena agli inizi, sono stati definiti “intriganti” in una intervista a Edwin Cartlidge su Physics World, dal fisico Peter McClintock della Lancaster University, non coinvolto nella ricerca.

Così i ricercatori, R. Guevara Erra, D.M. Mateos, R. Wennberg e J.L. Perez Velazquez, hanno deciso di applicare questa teoria alle connessioni nel nostro cervello per vedere se si presentassero eventuali strutture nel modo in cui le connessioni neuronali si organizzano in stato cosciente.

Per l’esattezza, hanno esaminato due gruppi di dati: in primo luogo hanno confrontato i pattern di connettività quando i partecipanti dormivano e con quelli di quando erano svegli; in seguito hanno osservato la differenza tra i dati emersi durante le convulsioni di cinque pazienti epilettici rispetto a quando i loro cervelli erano in uno stato cosciente normale.

In entrambi i gruppi, si sono potute registrarle stesse tendenze: la rete dei collegamenti neuronali nel cervello dei partecipanti visualizzati presentava maggiore entropia in uno stato pienamente cosciente.

Troviamo un risultato sorprendentemente semplice: normali stati di veglia si caratterizzano per il maggior numero di possibili configurazioni di interazioni tra reti del cervello, che rappresenta più alti valori di entropia,” scrive la squadra sul documento che è stato accettato dalla Physical Review E, ed è già disponibile su arXiv.org.

La ricerca presenta un grosso limite: quello della piccolezza del campione esaminato. E ‘difficile individuare eventuali tendenze in modo convincente e conclusivo da un campione di sole nove persone, senza contare che già con un numero così piccolo di partecipanti, il cervello di ognuno ha risposto in modo leggermente diverso durante i vari stati.

Ma lo studio è un buon punto di partenza per ulteriori ricerche, e apre la strada a una possibile nuova ipotesi su uno dei più grandi misteri della scienza odierna: il motivo per cui il nostro cervello tende ad essere cosciente.

Il risultato promettente ha portato i ricercatori a sostenere che la coscienza potrebbe essere semplicemente una “proprietà emergente” di un sistema che sta cercando di massimizzare lo scambio di informazioni. La squadra di ricercatori ha quindi intenzione, adesso, di analizzare ulteriormente i risultati, misurando lo stato termodinamico di diverse regioni della materia grigia per capire se quello che sta succedendo è veramente definibile e paragonabile al principio di entropia, o a qualche altro tipo di organizzazione.

Vogliono anche di estendere i loro esperimenti al comportamento cognitivo generale – per esempio, vedere come l’organizzazione neuronale cambia quando le persone si concentrano su un compito e quando sono distratte.

Stiamo solo iniziando a capire come l’organizzazione della rete del cervello potrebbe influenzare la nostra coscienza, ma è il mistero è affascinante. Non solo siamo fatti di polvere di stelle, ma anche biologicamente, condividiamo le stesse leggi che regolano l’universo.

Antonio Marvasi

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