Mente e fisica dei Quanti
Ipotesi e analogie per una teoria della coscienza
E’ indubbio che uno dei maggiori ostacoli che le neuroscienze si trovano a dover superare per raggiungere una comprensione dei processi mentali è costituito dalla creazione di un modello plausibile, confermabile per quanto possibile dall’esperienza , in termini chimici fisici e biologici, della formazione del pensiero, aspetto che finora non ha trovato in alcun ramo del sapere, anche se limitatamente ai propri approcci conoscitivi, una spiegazione completa e soddisfacente.
Per approfondire lo stato delle conoscenze attuali in questo campo, considereremo l’approccio, già percorso da noti scienziati[1], di partire dall’insieme di processi quantistici che governano le reazioni atomiche e molecolari anche a livello biologico.
La caratteristica fondamentale, rilevabile sperimentalmente, che si presenta durante l’analisi del funzionamento del sistema nervoso in generale e delle cellule del cervello in particolare, è la cooperazione di milioni di neuroni in ciascuna attività , anche relativamente semplice, in cui è coinvolto. L’associazione di questo comportamento cooperativo ad un fenomeno fisico che la rappresenta è quella di un oscillatore coerente, composto da un numero enorme di elementi , in questo caso le cellule nervose ( i neuroni), che oscillano in modo sincrono, ovvero tutti in fase tra loro, come avviene nella luce prodotta di laser. Questo modello, ideato inizialmente da Freeman[2] e sviluppato poi da diversi autori[3], propone l’utilizzo della metafora dell’ologramma per fornire una rappresentazione del funzionamento del sistema nervoso , in cui, a partire dalla conoscenza di un suo particolare, si può pervenire a ricostruire l’immagine dell’insieme.
Particolarmente interessante, per costruire ipotesi valide sul rapporto circuiti neuronali-reazioni agli stimoli e formazioni di elementi di coscienza, è l’esame della durata di queste oscillazioni coerenti che, come abbiamo osservato, coinvolge milioni di cellule nervose situate in distretti diversi del sistema nervoso in relazione al tipo di stimolo esterno o interno. Si nota infatti , che ogni stato di cooperazione neurale ha una durata compatibile pienamente con la frequenza delle onde alfa e gamma riscontrate nei comuni elettroencefalogrammi. Dopo ogni configurazione, caratterizzata da una sua forma, attribuitale dall’ampiezza e dalla frequenza delle onde che la compongono, ne appare un ‘altra, di forma diversa ma di durata analoga in un movimento pressoché continuo.
La velocità di formazione di ogni nuova configurazione del sistema di neuroni correlati a lungo raggio risulta essere di due o tre ordini di grandezza maggiore di quella normalmente misurata per la trasmissione di impulsi nervosi lungo i circuiti neuronali, ed è quindi incompatibile con la teoria di diffusione di neurotrasmettitori chimici. In altri termini è come se si generasse un segnale , presumibilmente di natura elettromagnetica, che viene trasmesso pressoché istantaneamente sincronizzando l’oscillazione di milioni di neuroni in modo coerente tra loro.
Un modello efficace di questo fenomeno è stato realizzato da Ricciardi e Umezawa[4] che, sfruttando la Teoria Quantistica dei campi, attribuisce al cervello ed al suo funzionamento attributi di un Sistema Quantistico ordinato, dove l’ordine verrebbe generato in conseguenza degli stimoli interni ed esterni , da una rottura della simmetria della parte del sistema nervoso interessato.
La simmetria riferita ad un gran numero di elementi, contrariamente a quanto si possa pensare, è infatti una proprietà di un sistema completamente disordinato in cui ogni elemento del sistema non dispone di una direzione privilegiata rispetto alle altre per cui, immaginando di contare il numero di elementi che hanno una certa direzione ed un certo verso, si otterrebbe-statisticamente – lo stesso valore indipendentemente dalla direzione considerata. Ogni elemento sarebbe perciò indistinto rispetto agli altri. La rottura della simmetria è perciò responsabile, in questo modello, della nascita di un “ordine” che correla, sincronizzandole, le oscillazioni di molti neuroni a distanza. A questo ordine si deve la percezione dell’informazione alla quale normalmente il nostro cervello associa la formazione di un ricordo, una reazione ad uno stimolo, un pensiero…..
Il flusso di coscienza appare come un insieme continuo in cui sono presenti frammenti di stimoli nervosi, alcuni più strutturati di altri ma portatori comunque di una informazione complessiva, che danno origine, anche se spesso in forma embrionale , alla vita della nostra mente, animata da pensieri, da ricordi, da stimoli e reazioni agli stessi, che il nostro cervello-mente genera incessantemente.
In termini analogici potremmo assimilare questo flusso ad un ‘onda di elementi, correlati tra loro ma non ancora percepibile come forma ordinata cui associare un senso, un significato. Le onde fisiche che appartengono al mondo reale hanno forme e caratteristiche diverse: in questo caso, l’ elemento che ci torna utile da analizzare è la loro ampiezza. Viene spontaneo associare, almeno in senso analogico, un pensiero che attinge alla memoria di un evento passato e che sovrasta, in un certo momento, le altre percezioni della mente assorbendo la nostra attenzione , ad una serie di impulsi ondulatori di ampiezza notevole, mentre un ricordo più sfumato ed evanescente darà luogo a onde di ampiezza più contenuta.
Il pensiero preso in esame in questo caso riguarda solo la memoria , in cui come un repository di informazioni, si può ritenere vengano depositate tutte, o almeno quelle che soddisfano certe caratteristiche, le registrazioni percepite dai nostri sensi ed elaborate dalla nostra mente.
Nello stato di meditazione profonda, raggiungibile con varie tecniche se praticate per molto tempo, la mente rimane silenziosa e, per quanto possiamo esperire sul nostro stato di coscienza, potremmo affermare che questa è libera, nel senso che non è attratta da pensieri né coinvolta in modo significativo in sensazioni. Non appare quindi improprio associare a questo stato il concetto di vuoto quantistico , presente in questo tipo di campo , come entità non nulla che permea il vuoto stesso che però è permeato da una quantità fluttuante, di valor medio nullo, indicata come Energia di punto zero[5], che costituisce il livello minimo di energia consentito dal principio di indeterminazione di Heisenberg..
L’ipotesi di alcuni ricercatori è che all’interno di ogni sistema nervoso sia questa fluttuazione di energia a creare continuamente associazioni. Sarebbero tali associazioni a produrre, attraverso la modifica dell’attività elettrica che si traduce a sua volta nella produzione di nuove proteine,le configurazioni tipiche cui corrispondono, anche se in forma embrionale nel caso di esseri dotati di cervello, i nostri pensieri e le nostre idee associate alle esperienze immagazzinate nella memoria.
Recenti studi sembrano confermare ,inoltre, che l’apprendimento e la memoria sono legati alla modifica delle sinapsi, considerate il principale sito per l’immagazzinamento dell’informazione.
Riportando alla memoria i ricordi si è infatti rilevato che le sinapsi aumentano di numero e modificano la loro struttura con nuove proteine.
Particolarmente rivoluzionario rispetto al modo comune di percepire il tempo e la percezione della coscienza è il modello elaborato da Chris King. Questo ricercatore utilizza il concetto dell’inversione della freccia del tempo per cui le strutture cerebrali si troverebbero ad elaborare continuamente le informazioni portate da onde elettromagnetiche che provengono sia dal passato ( ricordi, esperienze, reazioni innate ecc..) che dal futuro, creato secondo un modello di realtà virtuale, dalle finalità che la mente di ogni essere vivente si propone di raggiungere.
Il mondo biologico, secondo questo modello ideato originariamente dal matematico e accademico Luigi Fantappiè, obbedisce a principi di finalità che preservano i fenomeni legati al mantenimento della vita[6].
L’interferenza tra le onde prodotte dalle oscillazioni dei neuroni genera un sistema la cui stabilità dipende fortemente dalle condizioni iniziali che possiamo attribuire allo stimolo da cui proviene l’eccitazione neuronale.
Un sistema stabile ci porta a pensare ( ed agire) secondo un modello prefissato, mentre un sistema che diventa instabile , creando una biforcazione tra due o più scelte possibili , ci consente una scelta. In questo caso, le strutture cerebrali devono decidere quale strada, quale biforcazione, seguire. Secondo King, da questa attività costante di scelta, permessa dall’indeterminismo quantistico, nasce l’apprendimento, il libero arbitrio e la coscienza[7].
Le ipotesi qui accennate sono ovviamente solo all’inizio ma lasciano intravedere un fertile sviluppo di quella che è considerata la più grande sfida di questo secolo per tutti rami del sapere: la formulazione di una teoria completa ed esaustiva per la comprensione della coscienza.
Prof. Luciano D’Abramo
[1] Si veda per esempio il modello di Penrose-Hameroff che attribuisce l’emergere della coscienza, a partire dal fenomeno dell’entanglement quantistico, che si verificherebbe nei microtubuli del citoscheletro delle cellule del sistema nervoso
[2] Freeman, W.J. 1975/2004. Mass Action in the Nervous System
[3] Si veda, ad esempio: Karl Pribram, “I Linguaggi del cervello”- 1980; Franco Angeli editore
[4] L. M. Ricciardi; H. Umezawa, Brain and physics of many-body problems. Biological Cybernetics-volume 4, issue 2 (1967)
[5] L’energia del vuoto è stata rilevata sperimentalmente da H. Casimir nel 1946 e solo molto più tardi misurata quantitativamente (1996)
[6] Si veda, a questo proposito, il bel libro a carattere divulgativo di Giuseppe e Salvatore Arcidiacono “Sintropia, entropia, informazione. Una nuova teoria unitaria della fisica, chimica e biologia”- Di Renzo Editore 2006
[7] Si veda la rivista Syntropy 2005, n. 1, pag. 5-34, a cura di A. Vannini; per ulteriori approfondimenti si può consultare l’articolo originale di C. King all’indirizzo: http://www.math.auckland.ac.nz/~king/Preprints/paps/consc/brcons2.htm
