La ricerca per rilevare la coscienza, in tutte le sue possibili forme

Alla fine del 2005, cinque mesi dopo un incidente stradale, una donna di 23 anni giaceva priva di sensi in un letto d’ospedale. Aveva una grave lesione cerebrale e non mostrava alcun segno di coscienza. Ma quando i ricercatori le hanno sottoposto a scansione cerebrale le hanno chiesto di immaginare di giocare a tennis, è successo qualcosa di sorprendente: le aree cerebrali collegate al movimento si sono attivate nella scansione ¹ .

L’esperimento, ideato dal neuroscienziato Adrian Owen e dai suoi colleghi, suggeriva che la donna avesse compreso le istruzioni e avesse deciso di collaborare, nonostante sembrasse non rispondere. Owen, ora alla Western University di Londra, in Canada, e i suoi colleghi avevano introdotto un nuovo metodo per testare la coscienza. Mentre alcuni test precedenti si basavano sull’osservazione dell’attività cerebrale generale, questa strategia si concentrava sull’attività direttamente collegata al comando verbale del ricercatore.

Da allora, la strategia è stata applicata a centinaia di persone insensibili, rivelando che molte mantengono una vita interiore e sono consapevoli del mondo che le circonda, almeno in una certa misura. Uno studio del 2024 ha rilevato che una persona su quattro fisicamente insensibile presentava un’attività cerebrale che suggeriva la capacità di comprendere e seguire comandi per immaginare attività specifiche, come giocare a tennis o camminare in uno spazio familiare ² . I test si basano su tecniche di neuroimaging avanzate, quindi sono per lo più limitati ad ambiti di ricerca a causa dei loro costi elevati e delle competenze richieste. Tuttavia, dal 2018, le linee guida mediche hanno iniziato a raccomandare l’utilizzo di questi test nella pratica clinica ³ .

Da quando questi metodi sono emersi, gli scienziati hanno sviluppato metodi per sondare strati di coscienza ancora più nascosti. La posta in gioco è alta. Decine di migliaia di persone in tutto il mondo si trovano attualmente in uno stato di irresponsività persistente. Valutare il loro stato di coscienza può orientare importanti decisioni terapeutiche, come ad esempio l’opportunità di tenerli in vita con il supporto vitale. Gli studi suggeriscono inoltre che le persone ospedalizzate e non reattive con segni nascosti di consapevolezza hanno maggiori probabilità di guarire rispetto a quelle senza tali segni (vedi, ad esempio, rif. 4).

La necessità di test di coscienza migliori non riguarda solo gli esseri umani. Rilevare la coscienza in altre specie – in cui potrebbe assumere forme molto diverse – ci aiuta a comprendere come questi organismi percepiscono il mondo, con implicazioni per le politiche sul benessere degli animali. E i ricercatori stanno attivamente discutendo se la coscienza possa un giorno emergere dai sistemi di intelligenza artificiale (IA). L’anno scorso, un gruppo di filosofi e informatici ha pubblicato un rapporto ⁵ che esortava le aziende di IA a iniziare a testare i propri sistemi per individuare prove di coscienza e a elaborare politiche su come trattare i sistemi qualora ciò accadesse.

“Questi scenari, che in precedenza erano un po’ astratti, stanno diventando più urgenti e pragmatici”, afferma Anil Seth, neuroscienziato cognitivo presso l’Università del Sussex, vicino a Brighton, nel Regno Unito. Ad aprile, Seth e altri ricercatori si sono riuniti a Durham, nella Carolina del Nord, per una conferenza alla Duke University per discutere di test per la coscienza negli esseri umani (inclusi soggetti con danni cerebrali, feti e neonati), in altri animali e nei sistemi di intelligenza artificiale.

Sebbene gli scienziati concordino sul fatto che ci siano ampi margini di miglioramento, molti considerano lo sviluppo di test di coscienza basati sulla risonanza magnetica funzionale (fMRI) e sull’elettroencefalografia (EEG) uno dei progressi più significativi del settore. “Quarant’anni fa era impensabile che avremmo avuto a disposizione diversi candidati per metodi pratici per testare la coscienza” in persone non reattive, afferma il neuroscienziato Christof Koch, un ricercatore meritevole presso l’Allen Institute for Brain Science di Seattle, Washington. “È un grande progresso”.

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Gli scienziati non sono d’accordo su cosa sia realmente la coscienza, nemmeno nelle persone. Ma molti la descrivono come una vita interiore o un’esperienza soggettiva. Questo la rende intrinsecamente privata: un individuo può essere certo solo della propria coscienza. Può dedurre che anche gli altri siano coscienti, in base al loro comportamento, ma questo non sempre funziona nelle persone con gravi lesioni cerebrali o disturbi neurologici che impediscono loro di esprimersi.

Marcello Massimini, neuroscienziato dell’Università degli Studi di Milano, paragona le valutazioni della coscienza in questi casi complessi allo sbucciare una cipolla. Il primo livello, ovvero le valutazioni che vengono eseguite di routine in clinica, prevede l’osservazione dei comportamenti esterni. Ad esempio, un medico potrebbe chiedere alla persona di stringere la mano due volte o chiamarla per nome per vedere se gira la testa nella direzione del suono. La capacità di seguire tali comandi indica la presenza di coscienza. I medici possono anche monitorare una persona che non risponde nel tempo per rilevare se compie movimenti volontari costanti, come sbattere le palpebre deliberatamente o guardare in una direzione, che potrebbero fungere da mezzo di comunicazione. I ricercatori utilizzano test simili nei neonati, osservando come si muovono i loro occhi in risposta agli stimoli, ad esempio ⁶ .

Per una persona che riesce a sentire e comprendere comandi verbali ma non risponde a questi test, il secondo livello consisterebbe nell’osservare cosa accade nel suo cervello dopo aver ricevuto un comando del genere, come nel caso della donna nell’esperimento del 2005. “Se si riscontrano attivazioni cerebrali specifiche per quel compito attivo, ad esempio l’attivazione della corteccia premotoria per giocare a tennis, questo è un indicatore della presenza di coscienza, tanto efficace quanto stringere la mano”, afferma Massimini. Queste persone sono identificate come affette da dissociazione cognitivo-motoria, un tipo di coscienza nascosta.

Ma l’asticella per rilevare la coscienza attraverso questi test è troppo alta, perché richiedono diversi minuti di concentrazione continua, afferma Nicholas Schiff, neurologo presso la Weill Cornell Medicine di New York e coautore dello studio del 20242 ^che suggeriva che un quarto delle persone non reattive potrebbe essere cosciente. Lo studio includeva anche un gruppo separato di partecipanti che mostravano segni esterni osservabili di consapevolezza. Tra questi, solo il 38% ha superato il test. “Anche per i controlli sani, la distrazione mentale e la sonnolenza sono problemi importanti”, afferma Schiff.

Per valutare la coscienza in coloro che non superano tali test, Massimini afferma che sarebbe necessario sbucciare il terzo strato della cipolla. In questi casi, i medici non chiedono alla persona di impegnarsi attivamente in alcun comportamento cognitivo. “Si presentano semplicemente degli stimoli ai pazienti e poi si rilevano le attivazioni cerebrali”, afferma.

In uno studio del 2017, i ricercatori hanno fatto ascoltare un filmato di 24 secondi del discorso inaugurale di John F. Kennedy alla presidenza degli Stati Uniti a persone con grave trauma cranico ^acuto7 . Il team ha anche riprodotto l’audio al contrario. I due filmati presentavano caratteristiche acustiche simili, ma ci si aspettava che solo il primo innescasse schemi di elaborazione linguistica nel cervello; il secondo serviva da controllo. Utilizzando la risonanza magnetica funzionale (fMRI), l’esperimento ha contribuito a rilevare la coscienza nascosta in quattro persone su otto che non avevano mostrato altri segni di comprensione del linguaggio.

La complessità dell’implementazione di un simile approccio al di fuori del contesto di ricerca non è l’unica sfida. Questi test richiedono ai ricercatori di sapere quali modelli di attività cerebrale riflettono realmente la coscienza, poiché alcuni stimoli possono suscitare risposte cerebrali che si verificano senza consapevolezza. “Si tratta di capire quali siano i correlati neurali della percezione cosciente”, afferma Massimini. “Stiamo facendo progressi, ma non siamo ancora d’accordo su quali siano”.

Esiste un quarto livello di coscienza, ancora più sfuggente, afferma Massimini, che gli scienziati stanno solo iniziando a esplorare. Potrebbe essere possibile per una persona insensibile rimanere cosciente anche quando il suo cervello è completamente isolato dal mondo esterno, incapace di ricevere o elaborare immagini, suoni, odori, tatto o qualsiasi altro input sensoriale . ⁸ L’esperienza potrebbe essere simile al sognare, ad esempio, o allo sdraiarsi in una stanza completamente buia e silenziosa, incapaci di muoversi o sentire il proprio corpo. Sebbene privata di sensazioni esterne, la mente sarebbe comunque attiva, generando pensieri ed esperienze interiori. In tal caso, gli scienziati devono estrarre i segni della coscienza esclusivamente dalle proprietà intrinseche del cervello.

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Massimini e i suoi colleghi stanno applicando una procedura chiamata stimolazione magnetica transcranica, che utilizza elettromagneti posizionati sulla testa, come possibile tecnica per valutare la coscienza. Dopo aver stimolato il cervello in questo modo, ne misurano la risposta tramite EEG. Nelle persone sane, osservano risposte complesse, che riflettono un ricco dialogo tra le regioni cerebrali. Questa complessità è quantificata da una nuova metrica che chiamano indice di complessità perturbativa (9), ^, che è risultata più elevata negli individui svegli e sani rispetto al sonno o alle persone sotto anestesia. Gli esperimenti hanno dimostrato che questa metrica può aiutare a rivelare la presenza di coscienza anche in persone non reattive. Altri ricercatori hanno proposto una versione di questo test come metodo per indagare quando la coscienza emerge nei ^feti10 .

Massimini e Koch, tra gli altri, sono co-fondatori di un’azienda chiamata Intrinsic Powers, con sede a Madison, nel Wisconsin, che si propone di sviluppare strumenti che utilizzino questo approccio per rilevare la coscienza nelle persone prive di sensi.

Valutare la coscienza diventa più difficile man mano che i ricercatori si allontanano dalla mente umana. Un problema è che gli animali non umani non possono comunicare le loro esperienze soggettive. Un altro è che la coscienza in altre specie potrebbe assumere forme distinte che sarebbero irriconoscibili per gli esseri umani.

Alcuni test progettati per valutare la coscienza negli esseri umani possono essere sperimentati in altre specie. I ricercatori hanno applicato l’indice di complessità perturbativa nei ratti e hanno trovato modelli simili a quelli osservati negli esseri umani, ad esempio ¹¹ . Ma i test più tipici si basano su esperimenti che cercano comportamenti che suggeriscono la sensibilità, ovvero la capacità di provare un’esperienza immediata di emozioni e sensazioni, incluso il dolore. La sensibilità, che alcuni ricercatori considerano un fondamento della coscienza, non richiede la capacità di riflettere su tali emozioni.

In un esperimento, i polpi evitavano sistematicamente una camera in cui si trovavano dopo aver ricevuto uno stimolo doloroso, nonostante in precedenza avessero preferito quella camera12 ^. Quando a questi animali è stato successivamente somministrato un anestetico per alleviare il dolore, hanno invece scelto di trascorrere del tempo nella camera in cui erano stati posizionati dopo aver ricevuto il farmaco. Questo comportamento suggerisce che questi animali provano non solo il dolore immediato, ma anche la sofferenza continua ad esso associata, e che ricordano e agiscono per evitare quell’esperienza.

Risultati come questi stanno già plasmando le politiche sul benessere degli animali, afferma il filosofo Jonathan Birch, direttore del Jeremy Coller Centre for Animal Sentience presso la London School of Economics and Political Science, Regno Unito. Una revisione indipendente delle prove di sensibilità in animali come polpi, granchi e aragoste, guidata da Birch, ha contribuito a garantire a queste specie una maggiore protezione, insieme a tutti i vertebrati, nel 2022 ai sensi dell’Animal Welfare (Sentience) Act del Regno Unito.

E l’anno scorso, decine di scienziati hanno firmato una dichiarazione in cui si afferma che esiste un “forte supporto scientifico” per la coscienza in altri mammiferi e uccelli, e “almeno una possibilità realistica” di coscienza in tutti i vertebrati, compresi rettili e pesci, così come in molti invertebrati, come molluschi e insetti.

Gli scienziati ora chiedono di riflettere seriamente sulla possibilità che alcuni materiali biologici, come gli organoidi cerebrali , diventino coscienti e su come potrebbe apparire la coscienza delle macchine .

“Se un giorno questi sistemi diventeranno coscienti, credo che sia nel nostro interesse saperlo”, afferma Liad Mudrik, neuroscienziato presso l’Università di Tel Aviv in Israele.

Alcuni sistemi di intelligenza artificiale, come i modelli linguistici di grandi dimensioni (LLM), possono rispondere prontamente se viene chiesto loro se sono coscienti. Ma stringhe di testo automatico non possono essere considerate prova di coscienza, affermano i ricercatori, perché gli LLM sono addestrati utilizzando algoritmi progettati per imitare le risposte umane. “Non crediamo che il comportamento verbale o persino la risoluzione dei problemi siano una prova valida della coscienza nei sistemi di intelligenza artificiale, anche se consideriamo [queste caratteristiche] una prova piuttosto valida della coscienza nei sistemi biologici”, afferma Tim Bayne, filosofo della Monash University di Melbourne, in Australia.

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Alcuni ricercatori sostengono che l’intelligenza artificiale nella sua forma attuale non potrebbe mai sviluppare una vita interiore. Questa è la posizione di una teoria della coscienza chiamata teoria dell’informazione integrata13 ^, afferma Koch. Tuttavia, secondo questa teoria, tecnologie future come i computer quantistici potrebbero un giorno supportare una qualche forma di esperienza, afferma.

Non esistono test consolidati per la coscienza delle macchine, solo proposte preliminari. Basandosi su teorie sulle basi biologiche della coscienza, un gruppo ha elaborato una lista di criteri che, se soddisfatti, suggerirebbero che un sistema di intelligenza artificiale è probabilmente cosciente ¹⁴ . Secondo questa visione, se un sistema di intelligenza artificiale imita in una certa misura i calcoli che danno origine alla coscienza nel cervello umano – e quindi replica il modo in cui il cervello elabora le informazioni – questo sarebbe un indizio che il sistema potrebbe essere cosciente. Un limite fondamentale è che i ricercatori non sanno ancora quali teorie, se ce ne sono, descrivano correttamente come la coscienza si manifesta negli esseri umani.

In un’altra proposta, i ricercatori addestrerebbero un sistema di intelligenza artificiale su dati che non includono informazioni sulla coscienza o contenuti relativi all’esistenza di una vita interiore. Un test di coscienza porrebbe quindi domande relative alle emozioni e all’esperienza soggettiva, come “Com’è essere te in questo momento?”, e ne valuterebbe le risposte. Tuttavia, alcuni ricercatori sono scettici sul fatto che si possano effettivamente escludere tutti i dati di addestramento relativi alla coscienza da un sistema di intelligenza artificiale o che si possa generalmente fidarsi delle sue risposte.

Per ora, la maggior parte dei test sulla coscienza è progettata per un sistema specifico, che sia un essere umano, un animale o un’intelligenza artificiale. Ma se i sistemi coscienti condividono una natura di base comune, come sostengono alcuni ricercatori, potrebbe essere possibile scoprire queste caratteristiche comuni. Ciò significa che potrebbe esistere una strategia universale per rilevare la coscienza.

Un approccio per raggiungere questo obiettivo è stato introdotto ¹⁵ nel 2020 da Bayne e dal suo coautore Nicholas Shea, filosofo dell’Università di Londra, Regno Unito, e ulteriormente sviluppato con altri filosofi e neuroscienziati in un articolo dell’anno scorso ¹⁶ . Si basa sulla correlazione di diverse misure tra loro, concentrandosi prima sugli esseri umani e progredendo verso sistemi non umani.

Il processo inizia applicando diversi test esistenti ad adulti sani: persone di cui gli scienziati possono essere certi che siano coscienti. I test che hanno successo in quel gruppo iniziale ricevono un punteggio di affidabilità elevato. Successivamente, i ricercatori utilizzano i test convalidati su un gruppo leggermente diverso, come le persone sotto anestesia. I ricercatori confrontano le prestazioni dei test e rivedono di conseguenza i loro punteggi di affidabilità, con i test in cui i risultati concordano che ottengono punteggi di affidabilità più elevati.

Questi passaggi vengono ripetuti in gruppi sempre più divergenti, come in altri gruppi di persone e, infine, in sistemi non umani. “È un processo iterativo”, afferma Mudrik.

Alcuni scienziati sono scettici sull’esistenza di un test generale. “Senza una teoria generale della coscienza ampiamente accettata, non credo che possa mai esistere un test generalizzato”, afferma Koch. “E questa teoria può essere validata solo negli esseri umani, perché non c’è dubbio che tu ed io siamo coscienti”.

Bayne sostiene che, poiché non esiste un metodo standard per valutare la coscienza nei diversi gruppi, la strategia proposta da lui e Shea affronta il problema attraverso prove convergenti.

Mudrik sta attualmente lavorando per tradurre il concetto in una tecnica che possa essere implementata nella pratica. Il primo passo è mappare i diversi test applicati a esseri umani affetti da disturbi della coscienza e confrontare i risultati delle loro prestazioni. Tuttavia, è costoso gestire uno sforzo coordinato che coinvolga diversi laboratori che testano popolazioni diverse, perché molti dei test si basano su costose tecniche di imaging, afferma. Estendere la strategia a gruppi non umani, compresi quelli privi di linguaggio o cervello, sarebbe ancora più complesso.

Una sfida è capire come organizzare le popolazioni per determinare l’ordine in cui applicare i test. Non è chiaro se gli scienziati possano fidarsi del proprio intuito in questo ambito. Non possono ancora dire, ad esempio, se i sistemi di intelligenza artificiale debbano essere considerati più simili agli esseri umani coscienti di un pappagallino ondulato, ad esempio, o di un’ape.

“C’è ancora molto lavoro da fare per concretizzare questi suggerimenti più concettuali in un vero e proprio programma di ricerca”, afferma Mudrik.