Fisica Quantistica e Funzioni Cerebrali Superiori III

Sistemi lineari, non lineari e il cervello

Il punto di partenza riguarda il comportamento dei sistemi fisici di fronte alle perturbazioni. Data una semplice perturbazione, un processo lineare tende a rimanere leggermente alterato, mentre un processo non lineare tende a tornare verso il suo punto di partenza. Questa distinzione, apparentemente astratta, ha un peso quando proviamo ad applicarla a un sistema complesso come il cervello.

Diversi studi descrivono infatti il cervello come un sistema auto-organizzato, dotato di una connettivita’ interna che genera ampie oscillazioni coerenti, non lineari, con diversi gradi di stabilita’. In questa prospettiva, l’attivita’ cerebrale non e’ la somma passiva di tanti segnali isolati, ma un sistema dinamico che si regola da se’, oscillando tra ordine e variabilita’. E’ un quadro teorico solido e largamente accettato nelle neuroscienze dei sistemi complessi.

L’agganciamento di fase e gli orologi di Huygens

Un’immagine storica aiuta a capire come nasce la sincronizzazione. Nel Seicento il fisico olandese Christiaan Huygens, inventore dell’orologio a pendolo, noto’ che piu’ orologi appesi alla stessa parete tendevano a oscillare in modo perfettamente sincronizzato. Sapeva che i singoli orologi non potevano essere cosi’ precisi, e ipotizzo’ che fossero coordinati da vibrazioni trasmesse attraverso la parete.

Oggi questo fenomeno e’ noto come agganciamento di fase. E’ lo stesso principio per cui cellule nervose e cardiache riescono a funzionare in modo sincrono: non perche’ ciascuna sia perfetta, ma perche’ si coordinano reciprocamente. L’agganciamento di fase e’ un concetto ben stabilito e fornisce una chiave per pensare alla sincronizzazione su larga scala dei neuroni.

Tre similitudini fisiche e le funzioni mentali superiori

La parte centrale dello studio propone di leggere alcune funzioni cerebrali superiori attraverso quelle che l’autore chiama tre similitudini fisiche, cioe’ analogie con principi della fisica. L’idea e’ che certi meccanismi fisici abbiano ripercussioni dirette sulla fisiologia e sulla morfologia degli organi, e che principi analoghi possano essere applicati, in modo diverso, ai meccanismi del cervello e in particolare a quelli alla base della percezione e della cognizione.

Qui e’ importante mantenere il giusto grado di cautela: l’uso di analogie fisiche per descrivere il funzionamento mentale e’ uno strumento euristico, utile per generare ipotesi, ma le analogie non costituiscono di per se’ una prova. Sono un modo di pensare il problema, non una sua soluzione dimostrata.

Numeri, quantita’ e corteccia parietale

Un esempio concreto riguarda l’elaborazione delle quantita’. Lo studio richiama ricerche che descrivono, nella corteccia parietale umana e in particolare a livello del solco intraparietale, neuroni con una duplice funzione: specifici sia per la codifica della quantita’ in astratto, sia per le rappresentazioni numeriche. In questo modo il cervello sarebbe in grado di elaborare comparazioni a partire da grandezze concrete.

Questo aspetto, il ruolo del solco intraparietale nella cognizione numerica, e’ tra i piu’ solidi del quadro complessivo ed e’ coerente con quanto sappiamo dalle neuroscienze della numerosita’. Mostra come una parte delle intuizioni dello studio si appoggi su evidenze riconosciute, mentre altre rimangono ipotesi piu’ speculative.

Sincronizzazione, moduli corticali e coscienza visiva

La terza parte affronta un problema cruciale e ancora aperto: come nasce l’immagine cosciente di un oggetto. Quando vediamo qualcosa, diversi moduli corticali, specializzati per esempio nel colore, nella forma, nel movimento, vengono attivati dallo stesso oggetto. Perche’ l’oggetto appaia come un tutto unitario, questi moduli dovrebbero essere operativi in modo simultaneo e coordinato.

Questo tipo speciale di sincronizzazione implica che i singoli moduli siano in qualche modo sensibili all’attivita’ degli altri moduli coinvolti nella visione dello stesso oggetto. Ci sarebbe quindi un’attivazione contemporanea di differenti aree corticali in risposta a stimoli generati da un medesimo oggetto. E’ la cosiddetta ipotesi del legame percettivo, uno dei grandi temi irrisolti delle neuroscienze della coscienza.

Il punto che resta non dimostrato

Lo stesso autore riconosce con onesta’ il limite dell’intero impianto: cio’ che non e’ stato dimostrato e’ dove avvenga la sintesi e l’astrazione figurale che permette di vedere consciamente l’oggetto osservato nel suo insieme. In altre parole, possiamo descrivere la sincronizzazione tra aree corticali, ma il passaggio dalla coordinazione dei segnali all’esperienza cosciente unitaria rimane non spiegato. E’ il nucleo del cosiddetto problema difficile della coscienza.

Le teorie quantistiche della coscienza: un’ipotesi di confine

E’ a questo punto che entra in gioco la parte piu’ speculativa e dibattuta, quella che da’ il titolo alla riflessione: il possibile ruolo della fisica quantistica nelle funzioni cerebrali superiori. Alcuni studiosi hanno proposto che i fenomeni della meccanica quantistica possano essere implicati nei processi che generano la coscienza. La proposta piu’ nota in questo ambito e’ quella formulata dal fisico Roger Penrose e dall’anestesista Stuart Hameroff, che ipotizzano un ruolo di processi quantistici all’interno dei microtubuli dei neuroni.

E’ fondamentale essere chiari: si tratta di un’ipotesi teorica fortemente dibattuta e non dimostrata. Molti neuroscienziati e fisici sono scettici, soprattutto perche’ l’ambiente caldo, umido e affollato del cervello sembra poco compatibile con il mantenimento di stati quantistici delicati come la coerenza. Altri ricercatori ritengono comunque interessante continuare a esplorare questi confini. La posizione equilibrata e’ la seguente: le teorie quantistiche della coscienza sono ipotesi di frontiera, legittime come oggetto di ricerca e riflessione, ma prive di prove sperimentali conclusive. Vanno presentate come tali, senza spacciarle per scienza consolidata e senza, all’opposto, liquidarle come prive di interesse.

Vale la pena chiarire perche’ queste ipotesi nascano. Le neuroscienze classiche spiegano molto bene come il cervello elabori informazioni, ma incontrano una difficolta’ nel rendere conto dell’esperienza soggettiva in se’, il fatto che ci sia qualcosa che si prova nel vedere un colore o nell’avvertire un’emozione. Di fronte a questo scarto, alcuni studiosi hanno cercato in livelli di realta’ diversi, come quello quantistico, una possibile sorgente di novita’ esplicativa. Si tratta, pero’, di un passaggio logicamente rischioso: il fatto che un fenomeno sia difficile da spiegare non implica che la spiegazione vada cercata nella meccanica quantistica. Per questo l’atteggiamento piu’ rigoroso e’ quello di considerare tali proposte come tentativi creativi di affrontare un problema reale, mantenendo intatta la richiesta di prove sperimentali prima di attribuire loro qualunque valore conclusivo.

Perche’ distinguere i piani e’ essenziale

L’intero percorso di questo studio mostra bene perche’ sia importante distinguere i livelli. La descrizione del cervello come sistema non lineare auto-organizzato, l’agganciamento di fase, il ruolo del solco intraparietale nella cognizione numerica sono elementi ben fondati. La sincronizzazione tra moduli corticali nella percezione visiva e’ un’ipotesi seria e attivamente studiata. Il salto verso un fondamento quantistico della coscienza e’, invece, una speculazione di confine. Tenere insieme questi piani senza confonderli e’ il modo piu’ corretto e onesto di accostarsi al tema.

Domande frequenti

La fisica quantistica spiega la coscienza?

No, non esiste una prova che lo dimostri. Esistono ipotesi teoriche, come quella di Penrose e Hameroff sui microtubuli, che propongono un ruolo dei fenomeni quantistici nella coscienza. Sono proposte di frontiera, dibattute e accolte con scetticismo da gran parte della comunita’ scientifica.

Cos’e’ l’agganciamento di fase nel cervello?

E’ il fenomeno per cui elementi oscillanti, come cellule nervose e cardiache, si coordinano e funzionano in modo sincrono. Il principio fu intuito da Huygens osservando gli orologi a pendolo e oggi e’ un concetto consolidato nello studio dei sistemi dinamici e del cervello.

Perche’ la sincronizzazione tra aree cerebrali e’ importante?

Perche’ uno stesso oggetto attiva moduli corticali diversi, specializzati per colore, forma e movimento. La sincronizzazione tra questi moduli e’ ritenuta cruciale per percepire l’oggetto come unitario, anche se il passaggio all’esperienza cosciente resta non spiegato.

Cosa significa che il cervello e’ un sistema non lineare?

Significa che si comporta come un sistema dinamico auto-organizzato, capace di generare ampie oscillazioni coerenti con diversi gradi di stabilita’, invece di reagire in modo semplice e proporzionale agli stimoli. E’ un quadro teorico ampiamente accettato.