Qu'est-ce que la conscience? Oui, en fait, tout. C'est une mélodie coincée dans la tête, la douceur d'une tablette de chocolat, la douleur lancinante d'un mal de dents, l'amour sauvage, la connaissance que tous les sentiments disparaîtront un jour. L'origine et la nature de ces expériences, parfois appelées qualia, ont été un mystère depuis les premiers jours de l'antiquité jusqu'à nos jours. De nombreux philosophes modernes analysant l'esprit, y compris Daniel Dennett de l'Université Tufts, considèrent l'existence de la conscience comme une insulte si flagrante à un univers de matière sans signification et vide qu'ils la déclarent une illusion. Autrement dit, soit ils nient l'existence de qualia, soit soutiennent que la science ne la comprendra jamais.
Si cette affirmation était vraie, nous n'aurions rien à dire. Tout ce qui doit être expliqué à Krishtof Koch, qui a écrit cet essai, c'est pourquoi vous, moi et tout le monde sommes fermement convaincus que nous avons des sentiments. Cependant, la croyance que la douleur est une illusion ne diminuera pas cette douleur. Donc, il doit y avoir une autre solution au problème du corps et de l'esprit. Plus loin - de la première personne.
La plupart des scientifiques tiennent la conscience pour acquise et s'efforcent de comprendre son lien avec le monde objectif décrit par la science. Il y a plus d'un quart de siècle, Francis Crick et moi avons décidé de mettre de côté les discussions philosophiques sur la conscience qui ont attiré les scientifiques depuis Aristote et d'en chercher des empreintes physiques. Qu'arrive-t-il à la partie excitée de la substance cérébrale qui donne naissance à la conscience? Une fois que nous aurons compris cela, nous nous rapprocherons de la résolution d'un problème plus fondamental.
Nous recherchons, en particulier, les corrélats neuronaux de la conscience (NCC, NCC), définis comme les mécanismes neuronaux minimaux qui seront suffisants pour toute expérience consciente particulière. Que doit-il se passer dans votre cerveau pour que vous ayez mal aux dents, par exemple? Certaines cellules nerveuses doivent-elles vibrer à une certaine fréquence magique? Dois-je activer des "neurones de conscience" spéciaux? Dans quelles zones du cerveau ces cellules devraient-elles être localisées?
Corrélats neuronaux de la conscience
Lors de la détermination de la CCN, il est important de comprendre où se situe le minimum. Le cerveau dans son ensemble peut être considéré comme un CCN: il génère des expériences jour après jour, sans interruption. Mais l'emplacement de la conscience peut également être clôturé. Prenons, par exemple, la moelle épinière - un long et flexible «tuyau» de neurones entassés dans les os, avec un milliard de cellules nerveuses. Si la moelle épinière est complètement endommagée au cours d'une blessure au cou, la personne devient paralysée dans les jambes, les bras et le tronc, elle ne pourra pas contrôler les intestins et la vessie, et elle perdra le sens du corps. Mais ces personnes paralysées continuent de profiter de la vie dans toute sa diversité - elles voient, entendent, sentent, expérimentent et se souviennent de tout comme avant le triste incident. Ils ne peuvent tout simplement pas marcher et déféquent volontairement.
Ou considérez le cervelet, le «petit cerveau» sous l'arrière du cerveau. C'est l'un des circuits cérébraux les plus anciens d'un point de vue évolutif, impliqué dans le contrôle du mouvement, de la posture, de la démarche et des séquences de mouvement complexes. Le piano, la dactylographie, la danse sur glace ou l'escalade sont tous déterminés par le travail du cervelet. Il contient de magnifiques neurones - des cellules de Purkinje, qui ont des antennes et qui se propagent comme des coraux de mer et ont une dynamique électrique complexe. Il a également le plus de neurones, de l'ordre de 69 milliards, quatre fois plus que le reste du cerveau réuni.
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Qu'arrive-t-il à la conscience si le cervelet est partiellement endommagé à la suite d'un accident vasculaire cérébral ou sous un couteau de chirurgien? Ça ne fait rien. Les patients avec un cervelet endommagé se plaignent de certaines déficiences, ne jouent pas du piano ou du type aussi, mais ne perdent jamais aucun aspect de conscience. Ils entendent, voient et se sentent bien, conservent leur estime de soi, se souviennent des événements passés et continuent de se projeter dans le futur. Même être né sans cervelet n'a pas une forte influence sur l'expérience consciente de l'individu.
Il s'avère que l'énorme appareil cérébelleux n'a rien à voir avec l'expérience subjective. Pourquoi? Des indices importants peuvent être trouvés dans son circuit, qui est extrêmement homogène et parallèle (tout comme les batteries peuvent être connectées en parallèle). Le cervelet fonctionne assez simplement: un ensemble de neurones affecte le suivant, et celui-ci passe le témoin au troisième. Il n'y a pas de boucles de rétroaction complexes qui se reflètent dans l'activité électrique qui passe. (Étant donné le temps qu'il faut à la perception consciente pour se développer, la plupart des théoriciens pensent qu'elle devrait inclure des boucles de rétroaction dans les circuits caverneux du cerveau.) De plus, le cervelet est fonctionnellement divisé en centaines ou plus de modules de calcul indépendants. Chacun d'eux fonctionne en parallèle, avec des entrées et des sorties séparées et sans chevauchement,contrôler les mouvements de divers systèmes moteurs ou cognitifs. Ils interagissent faiblement - et la conscience, au contraire, nécessite l'implication mutuelle de nombreux systèmes.
Une leçon importante que nous avons tirée de notre étude de la moelle épinière et du cervelet est que le génie de la conscience n'apparaît pas chaque fois qu'un tissu nerveux est stimulé. Besoin de plus. Ce facteur supplémentaire se retrouve dans la matière grise qui constitue le fameux cortex cérébral, sa surface externe. Il s'agit d'une feuille laminée de tissu nerveux complexe et interconnecté, de la taille et de la largeur d'une pizza de 14 pouces. Deux de ces feuilles, pliées plusieurs fois, ainsi que leurs centaines de millions de fils - matière blanche - sont étroitement enfoncées dans le crâne. Tout suggère que le tissu néocortical suscite des sentiments.
Vous pouvez affiner davantage l'emplacement de la conscience. Prenons, par exemple, des expériences dans lesquelles différents stimuli sont appliqués aux yeux droit et gauche. Disons que votre œil gauche regarde Donald Trump et que votre œil droit regarde Hillary Clinton. On pourrait imaginer qu'une personne verrait une superposition de Trump et Clinton. En réalité, vous verrez Trump pendant quelques secondes, après quoi il disparaît et Clinton apparaît. Ensuite, elle disparaîtra et Trump reviendra. Deux images se remplaceront à l'infini en raison de la rivalité binoculaire - une guerre entre les yeux pour la primauté. Puisque le cerveau reçoit une double entrée, il ne peut pas choisir entre Trump et Clinton.
Si, en même temps, vous vous allongez dans un scanner magnétique qui enregistre l'activité cérébrale, les expérimentateurs constateront qu'une grande variété de régions du cortex - le cortex pariétal postérieur - jouera un rôle important dans le suivi de ce que nous voyons. Fait remarquable, le cortex visuel primaire, qui reçoit et transmet les informations qu'il reçoit des yeux, ne signale pas ce que le sujet voit. La même division du travail est vraie pour le son et le toucher: le cortex auditif primaire et le cortex somatosensoriel primaire n'affectent pas directement le contenu de l'expérience auditive ou somatosensorielle. Au lieu de cela, le processus comprend l'étape suivante - dans la zone active du cortex pariétal postérieur - qui donne lieu à une perception consciente.
Plus de lumière sera apportée par deux sources cliniques de causalité: la stimulation électrique du tissu cortical et l'examen des patients après que des zones spécifiques ont été perdues en raison d'une blessure ou d'une maladie. Par exemple, avant de retirer une tumeur cérébrale ou un locus de crises épileptiques, les neurochirurgiens cartographient les fonctions des tissus corticaux voisins en les stimulant directement avec des électrodes. La stimulation de la zone chaude postérieure peut induire un flux de sensations et de sentiments différents. Il peut s'agir d'éclairs de lumière, de formes géométriques, de grimaces, d'hallucinations auditives ou visuelles, d'une sensation de déjà-vu, d'une envie de bouger un certain membre, etc. La stimulation du cortex antérieur est une tout autre affaire: dans l'ensemble, elle ne crée aucune expérience directe.
La deuxième source d'informations est constituée par les patients des neurologues de la première moitié du XXe siècle. Parfois, les chirurgiens devaient découper une grande ceinture du cortex préfrontal pour enlever des tumeurs ou pour soulager les crises d'épilepsie. Il est remarquable de voir à quel point ces patients sont inhabituels. La perte d'une partie du lobe frontal a eu des conséquences délétères: les patients ont développé une réticence à retenir des émotions ou des actions inacceptables, des déficits moteurs et des répétitions incontrôlées d'actions ou de mots. Cependant, après l'opération, ils se sont sentis mieux et ont continué à vivre sans aucun signe de perte ou de détérioration de l'expérience consciente. À l'inverse, supprimer même de petites zones du cortex postérieur, où se trouvaient des zones chaudes, pouvait entraîner toute une classe de problèmes de conscience: les patients ne pouvaient pas reconnaître les visages, reconnaître les mouvements, les couleurs ou naviguer dans l'espace.
Ainsi, on pourrait penser que les regards, les sons et autres sensations de la vie que nous éprouvons naissent dans les zones du cortex postérieur. Pour autant que nous puissions en juger, presque toutes les expériences conscientes y apparaissent. Quelle est la différence fondamentale entre ces régions postérieures et la plupart du cortex préfrontal, qui n'affecte pas directement le contenu subjectif? Nous ne savons pas. Cependant, une découverte récente indique que les neuroscientifiques peuvent être proches d'un indice.
Compteur de conscience
La médecine a besoin d'un appareil capable de détecter de manière fiable la présence ou l'absence de conscience chez les personnes handicapées ou handicapées. Pendant la chirurgie, par exemple, les patients sont immergés dans une anesthésie pour rester immobiles et avec une pression artérielle stable - cela leur permet de se sentir sans douleur et de ne pas acquérir de souvenirs traumatiques. Malheureusement, cet objectif n'est pas toujours atteint: chaque année, des centaines de patients restent en quelque sorte conscients sous anesthésie.
Une autre catégorie de patients qui ont des lésions cérébrales traumatiques graves en raison d'un accident, d'une infection ou d'un empoisonnement grave peut vivre pendant des années sans pouvoir parler ou répondre à des demandes verbales. Imaginez un astronaute flottant dans l'espace écoutant le centre de contrôle essayant de le contacter. Son microphone endommagé ne transmet pas sa voix et il semble complètement coupé du monde. De même, les patients souffrant de lésions cérébrales qui les empêchent de communiquer avec le monde vivent une forme extrême d'isolement cellulaire.
Au début des années 2000, Giulio Tononi de l'Université du Wisconsin-Madison et Marcello Massimini de l'Université de Milan en Italie ont inventé la technique du zip-zap pour déterminer si une personne est consciente ou non. Les scientifiques ont placé une bobine de fils sur le crâne et "tirent" dessus - ils envoient une puissante impulsion d'énergie magnétique dans le crâne, induisant brièvement un courant électrique dans les neurones. Cette interférence, à son tour, excite et inhibe les cellules partenaires des neurones dans les zones connectées, balayant le cerveau dans une vague jusqu'à ce qu'il s'éteigne. Un réseau de capteurs EEG situé à l'extérieur du crâne lit ces signaux électriques. Au fil du temps, ces traces, correspondant chacune à un endroit précis du cerveau sous le crâne, s'additionnent à une image.
Cette image ne montre aucun motif, mais elle n'est pas non plus complètement aléatoire. Cela vous permet de déterminer comment le cerveau est libéré de la conscience, par les rythmes. Les scientifiques quantifient ces données en les compressant dans une archive avec l'algorithme.zip habituel, et obtiennent la complexité de la réponse cérébrale. Les volontaires qui se sont réveillés avaient un «indice de difficulté de perturbation» entre 0,31 et 0,7, qui tombait en dessous de 0,31 avec un sommeil profond ou une anesthésie. Massimini et Tononi ont testé leur méthode sur 48 patients qui avaient des lésions cérébrales, mais qui étaient réactifs et éveillés, et ont constaté que dans chaque cas, la méthode vous permet de déterminer la présence de conscience chez une personne.
Le groupe a ensuite appliqué la méthode à 81 patients peu conscients ou en état végétatif. Dans le premier groupe, qui montrait des signes de comportement non réfléchi, la méthode a identifié avec précision 36 personnes conscientes sur 38. Il a identifié par erreur deux patients comme inconscients. Sur 43 patients végétatifs qui n'ont pas répondu de quelque manière que ce soit, 34 ont été marqués comme inconscients, mais 9 étaient conscients. Leur cerveau répondait de la même manière à celui de ceux qui étaient conscients, ce qui signifie qu'ils étaient conscients, mais ne pouvaient pas le communiquer à leurs proches.
Les recherches actuelles visent à standardiser et à améliorer la méthode zip-zap pour les patients neurologiques et à l'étendre aux patients psychiatriques et pédiatriques. Tôt ou tard, les scientifiques découvriront un ensemble spécifique de mécanismes neuronaux qui génèrent une sorte d'expérience consciente. Bien que ces résultats aient des implications cliniques importantes et aident les familles et les amis, ils ne répondent pas aux questions fondamentales: pourquoi ces neurones et pas ceux-là? Pourquoi à cette fréquence et pas à cela? Le mystère qui excite tout le monde est de savoir comment et pourquoi des morceaux organisés de substance active génèrent des sensations conscientes. Après tout, le cerveau, comme tout autre organe, obéit aux mêmes lois de la physique que le cœur et les reins. Qu'est-ce qui les rend différents? Quelle biophysique transforme la masse grise,une matière grise dans le technicolor grandiose et la richesse sonore dont notre expérience quotidienne avec ce monde est dotée?
En fin de compte, nous avons besoin d'une théorie scientifique satisfaisante de la conscience qui prédit dans quelles conditions un système physique donné - qu'il s'agisse d'un circuit complexe de neurones ou de transistors en silicium - commence à expérimenter dans le vrai sens du terme. Pourquoi la qualité de ces expériences sera-t-elle différente? Pourquoi le ciel bleu clair est-il si différent du hurlement d'un violon mal accordé? Y a-t-il une fonction pour ces différences d'expérience, et si oui, quoi? Une telle théorie nous permettra de déterminer quelles expériences un système particulier aura. Avant d'apparaître, tout discours sur la conscience des machines sera basé uniquement sur notre intuition, qui, comme le montre l'histoire scientifique, n'est pas un guide fiable.
Un débat particulièrement féroce a éclaté sur les deux théories de la conscience les plus populaires. L'une d'elles est la théorie de l'espace neuronal global (GNW), développée par le psychologue Bernard Baars et les neuroscientifiques Stanislas Dehanet et Jean-Pierre Shangyeux. La théorie part du postulat que lorsque vous prenez conscience de quelque chose, de nombreuses parties différentes de votre cerveau accèdent à cette information. Si, au contraire, vous agissez inconsciemment, l'information est localisée dans le système sensori-moteur spécifique impliqué dans le processus. Par exemple, lorsque vous tapez rapidement, vous le faites automatiquement. Vous demander comment vous le faites, et vous ne pouvez pas répondre: vous n'avez pratiquement aucun accès conscient à cette information, et elle est concentrée dans les circuits cérébraux qui relient vos yeux au mouvement rapide de vos doigts.
Vers la théorie fondamentale
Selon GNW, la conscience découle d'un certain type de traitement de l'information - familier depuis les débuts de l'intelligence artificielle, lorsque des programmes spécialisés accédaient à de petits dépôts d'informations partagés. Indépendamment des données écrites sur cette «carte», divers processus auxiliaires sont devenus disponibles: mémoire de travail, langue, module de planification, etc. Selon GNW, la conscience survient lorsque les informations sensorielles entrantes écrites sur un tel tableau sont largement diffusées à différents systèmes cognitifs - qui traitent ces données pour la conversation, la préservation, le rappel ou l'action.
Comme il n'y a pas beaucoup d'espace sur ce tableau, il se peut que nous ne soyons pas au courant de beaucoup d'informations en même temps. On pense que le réseau de neurones transmettant ces messages est localisé dans les lobes frontaux et pariétaux. Une fois que les données rares sont diffusées sur le réseau et mises à disposition dans le monde entier, les informations deviennent conscientes. Autrement dit, le sujet en est conscient. Bien que les machines modernes n'aient pas encore atteint ce niveau de complexité cognitive, ce n'est qu'une question de temps auparavant. GNW suppose que les ordinateurs du futur seront conscients.
La théorie de l'information intégrée (IIT), développée par Tononi et ses collègues, moi-même inclus, a un point de départ complètement différent: l'expérience elle-même. Toute expérience a certaines propriétés essentielles. Elle est interne, elle n'existe que pour le sujet en tant que «propriétaire», elle est structurée (un bus jaune freine devant un chien qui traverse la route), elle est concrète - elle se distingue des autres expériences conscientes, comme un plan séparé dans un film. De plus, il est uniforme et défini. Pendant que vous vous asseyez sur un banc de parc par une journée chaude et agréable à regarder les enfants jouer, les différentes parties de l'expérience - la brise dans vos cheveux, la joie du rire de votre bébé - ne peuvent pas être divisées en parties sans perdre la plénitude de l'expérience.
Tononi postule que tout mécanisme complexe et interconnecté, dont la structure code de multiples relations causales, aura ces propriétés - et aura donc un certain niveau de conscience. Si, comme le cervelet, ce mécanisme manque d'intégration et de complexité, il n'est au courant de rien. Selon l'IIT, la conscience est une force causale intrinsèque possédée par des mécanismes complexes comme le cerveau humain.
L'IIT prédit également que les simulations sophistiquées d'un cerveau humain fonctionnant sur un ordinateur numérique ne peuvent pas être conscientes - même si elles parlent d'une manière qui est impossible à distinguer d'une personne réelle. Tout comme la modélisation de l'attraction gravitationnelle massive d'un trou noir ne déformera pas l'espace-temps autour d'un ordinateur, la programmation mentale ne créera jamais un ordinateur conscient.
Nous sommes confrontés à deux tâches. L'une d'elles est d'utiliser des outils de plus en plus avancés, d'observer et d'étudier les neurones, de rechercher la conscience dans ces neurones. Cela prendra des décennies, étant donné la complexité byzantine du système nerveux central. Un autre défi est de confirmer ou d'infirmer les deux théories dominantes. Ou créez le meilleur sur les fragments de ces deux et expliquez comment un organe d'un kilo et demi nous donne la plénitude des sensations.
Ilya Khel
