Twee merkwaardige en lezenswaardige boeken, over een van de moeilijkste vragen die de wetenschap al heeft opgeworpen: hoe kan de hardware (of wetware) van onze hersenen, met haar neuronen, synapsen, actiepotentialen en neurotransmitters, aanleiding geven tot subjectieve ervaringen, tot bewustzijn, tot emoties, tot het gevoel een ‘ik’ te zijn?
Het valt best wel in te zien hoe materiële hersenen een zich intelligent gedragende maar onbewuste ‘zombie’ zouden kunnen besturen, maar hoe maken ze de wereld van subjectieve ervaringen, wat filosofen soms ‘qualia’ noemen, zoals de subjectieve ervaring van de kleur rood? Allemaal goed en wel dat cellen in het netvlies op rood licht reageren en dat cellen in de visuele cortex daar weer op reageren, enzoverder, maar hoe moet al die elektrochemische activiteit ooit het subjectieve gevoel ‘rood’ oproepen? Waarom ziet rood er rood uit?
Christof Koch in ‘Consciousness: Confessions of a Romantic Reductionist’ en Giulio Tononi in ‘Phi: A Voyage from the Brain to the Soul’, allebei uit 2012, propageren hetzelfde kandidaat-antwoord op de grote vraag, maar ze doen dat op een erg verschillende manier, en ook anders dan de meeste boeken in het populairwetenschappelijke genre.
Kochs boek is charmant, persoonlijk en bewonderenswaardig beknopt. Hij vertelt zijn persoonlijke ontdekkingstocht in het hersenonderzoek (hij is een bekend neurowetenschapper), verweven met zijn privéleven en zijn vriendschappen met collega’s zoals zijn mentor de Nobelprijswinnaar Francis Crick.
Behalve een wetenschappelijke was het voor Koch ook een spirituele zoektocht. Hij vertelt over zijn katholieke jeugd en hoe hij langzaam zijn geloof verloor, zonder daarom nu negatief te staan tegenover de religie van zijn jeugd. Hij is ongelovig, maar staat open voor spirituele vragen, en zoals hij het zegt in de ondertitel van het boek, hij is een reductionist, maar van het romantische type – tegengestelden die elkaar niet hoeven uit te sluiten.
Tononi heeft een heel ander soort boek geschreven, met meer literaire ambitie, en een boek dat met weinig andere boeken te vergelijken is, of het moest met ‘Gödel, Escher, Bach’ van Douglas Hofstadter zijn (al kan het de sprankelende originaliteit daarvan niet evenaren).
Gödel, Escher, Bach is opgebouwd rond imaginaire dialogen tussen personages als Achilles en de schildpad. Tononi’s Phi draait ook om dergelijke dialogen, met als hoofdpersoon Galilei – die zelf in zijn werken ook de dialoogstijl toepaste (en daarmee de paus tegen de schenen schopte door diens standpunten in een dialoog te laten verkondigen door de niet te intelligente Simplicio).
Tononi laat Galilei een lange droom beleven en in dialoog gaan met onder anderen Alan Turing en Charles Darwin, naast een lange reeks bekende en onbekende personages uit geschiedenis, kunst en literatuur, echt bestaand of verzonnen (met onder meer een blinde schilder, een demente filosoof, een ongeruste vleermuis en een comateuze astronoom, die allen op een of andere manier iets bij te dragen hebben over de aard van het bewustzijn). Alles is uitgebreid geïllustreerd, niet met foto’s van neuronen of hersenscans, maar met de meest uiteenlopende werken uit de kunstgeschiedenis.
In de opeenvolgende dialogen ontdekt Galilei geleidelijk Tononi’s opvatting over de relatie tussen hersenen en subjectieve ervaring.
Het boek is wijdlopig, soms grappig, soms poëtisch, soms diepzinnig, soms potsierlijk – wat gedeeltelijk goedgemaakt wordt door zelfrelativering, zoals in de ‘noten’ waarin Tononi doet alsof hij iemand anders is die commentaar geeft bij de hoofdtekst en zich bijvoorbeeld afvraagt waarom de auteur weer zo’n vergezochte beeldspraak gebruikt die de zaken eerder verduistert dan verheldert.
De opvatting over de relatie tussen hersenen en bewustzijn die beide auteurs propageren, staat bekend als ‘geïntegreerde-informatietheorie’ (integrated information theory), oorspronkelijk bedacht door Tononi zelf. De theorie is een poging om bewustzijn en subjectiviteit wiskundig te beschrijven. Centraal erin staat de phi of fi (Φ) uit Tononi’s titel, een getal dat moet aangeven in welke mate een fysisch systeem (zoals menselijke hersenen, of die van een dier, of een computer) bewustzijn heeft.
Je zou de theorie kunnen zien als een manier om de veelgehoorde cliché-kritiek op ‘reductionistische’ verklaringen van het bewustzijn “Maar het geheel is toch meer dan de som van de delen!” ernstig te nemen. Want dat een geheel meer is dan de som van zijn delen, dat is iets dat je wiskundig kunt uitdrukken. Je kunt nagaan bij welke gehelen dat het geval is en bij welke niet, en in welke mate.
Meer bepaald wordt in geïntegreerde informatietheorie nagegaan in welke mate een geheel méér informatie genereert of representeert (uitgedrukt in bits) dan zijn delen dat bij elkaar opgeteld doen. Dat is wat het getal Φ wiskundig uitdrukt: de mate waarin een geheel extra informatie genereert, die niet in de delen zit, of ook de mate waarin je een systeem uiteindelijk alleen als geheel zult kunnen begrijpen.
Een technische moeilijkheid is deze: de definitie van Φ is weliswaar wiskundig erg slim gevonden, maar het getal is in de praktijk bijna onmogelijk uit te rekenen. Voor een realistisch complex systeem als de menselijke hersenen (of juister: het subsysteem binnen de hersenen dat bewust is) zou het zelfs aartsmoeilijk zijn om de grootte-orde te schatten. Het berekenen van Φ behelst onder meer het nakijken van álle mogelijke manieren waarop een systeem in delen kan worden gesplitst, en voor elk van die manieren de informatie-inhoud van alle delen berekenen. Dat is voorlopig onbegonnen werk.
Een fundamentelere moeilijkheid is dat Koch en Tononi nergens bewijzen dat ‘extra-informatie-in-het-geheel’ iets met bewustzijn te maken heeft. Het is een postulaat van de theorie.
Bewezen is het dus allemaal allerminst. Maar enkele voorlopige resultaten, voor de gevallen waar Φ wel berekend of geschat kan worden, zijn wel suggestief. Voor sommige eenvoudige elektronische schakelingen of voor netwerken van een handvol neuronen kan Φ uitgerekend worden. Dan blijkt het getal soms nul te zijn, maar niet altijd. Een schakeling met terugkoppeling (feedback), waarvan het gedrag alleen in zijn geheel begrepen kan worden, of met ingebouwd geheugen, dat het latere gedrag van de schakeling beïnvloedt, heeft een hogere Φ. Je zou je kunnen voorstellen dat dingen als terugkoppeling en geheugen inderdaad een wezenlijke rol spelen in bewustzijn. In het algemeen lijkt Φ hoger te zijn voor systemen die niet uit een ongedifferentieerde massa onderdelen bestaan, maar die modulair zijn opgebouwd, op voorwaarde dat die modules verschillend zijn en vervolgens weer op de juiste manier met elkaar interageren. Een systeem heeft een hoge Φ wanneer het complex is, met gedifferentieerde onderdelen én sterk geïntegreerd.
Die ideeën zijn toe te passen op de hersenen. We kunnen Φ dan wel niet expliciet uitrekenen voor de hersenen, we kunnen wel zinvol schatten of het getal in een bepaalde toestand van de hersenen hoger of lager is dan in een andere toestand. Onderzoek (onder meer van Tononi zelf; hij is ook hersenonderzoeker) laat zien dat de verschillende delen van de hersenen in diepe droomloze slaap minder met elkaar communiceren dan tijdens het dromen of wanneer we wakker zijn. Tijdens het dromen of in wakkere toestand zijn de modules meer geïntegreerd. Dat betekent dat Φ hoger is als we wakker zijn of dromen dan tijdens droomloze slaap – een resultaat dat overeenstemt met de mate van bewustzijn die we ervaren.
Iets gelijkaardigs blijkt bij onderzoek van de hersenen van patiënten in coma, vegetatieve toestand of minimaal bewuste toestand. Hoe meer integratie van de modules, hoe meer bewustzijn (en hoe hoger Φ). Aan de ander kant gaat Φ ook omlaag als niet de integratie wegvalt maar de differentiatie, zoals wanneer hersencellen tijdens een epileptische aanval allemaal synchroon ‘vuren’.
Misschien wordt het op een dag mogelijk een ‘bewustzijnsmeter’ te bouwen op basis van geïntegreerde informatietheorie, die kan helpen bij de diagnose van patiënten die niet meer kunnen communiceren. Of wordt het mogelijk te berekenen hoeveel bewustzijn dieren hebben, of computers, of het internet. Zou een smartphone dezelfde Φ hebben als een bacterie? Als een worm? Als een insect? Of misschien kan de theorie de weg helpen wijzen naar het bouwen van een echt intelligente, bewuste computer.
Maar zoals Koch zegt: de theorie zou verkeerd kunnen blijken, maar dan is ze waarschijnlijk verkeerd op een interessante manier, waar we iets uit leren.
Geplaatst op 27 augustus 2017 27 augustus 2017 Auteur stevenCategorieën BedenkingenTags bewustzijn, filosofie, hersenen, mens, psychologie