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La coscienza nella Teoria dell'Informazione Integrata. Una prospettiva relativistica (1) .pdf



Nome del file originale: La coscienza nella Teoria dell'Informazione Integrata. Una prospettiva relativistica (1).pdf
Autore: Gianluca

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Università degli Studi G. D’Annunzio
Chieti – Pescara
Scuola di Medicina e Scienze della Salute
Dipartimento di Scienze Psicologiche, della Salute e del Territorio
Corso di Laurea Magistrale in Psicologia Clinica e della Salute

“La coscienza nella Teoria dell’Informazione
Integrata: una prospettiva relativistica”

Candidato: Gianluca Marzola

Relatore:

Matricola n°3177332

Chiar.mo Prof. Alfredo Brancucci
Correlatore:
Chiar.mo Prof. Piero Di Carlo

Anno accademico 2017/2018

INDICE
INTRODUZIONE ............................................................................................................... 2

1. LA COSCIENZA E I SUOI CORRELATI NEURALI.................................................. 5
1.1 Dentro la scatola cranica .............................................................................................. 5
1.2 Gli stati di coscienza .................................................................................................... 9
1.3 Individuare gli stati di coscienza ................................................................................ 11

2. LA TEORIA DELL’INFORMAZIONE INTEGRATA E I SUOI POSTULATI ....... 16
2.1 Esistenza ................................................................................................................... 17
2.2 Composizione ............................................................................................................ 19
2.3 Informazione ............................................................................................................. 22
2.4 Integrazione .............................................................................................................. 27
2.5 Esclusione ................................................................................................................. 31

3. LO SPAZIO-TEMPO ................................................................................................... 35
3.1 Tempo assoluto e tempo relativo ................................................................................ 35
3.2 La teoria della relatività ristretta............................................................................... 39

4. UNA COSCIENZA RELATIVISTICA: UNO SGUARDO OLTRE LA SCATOLA
CRANICA ......................................................................................................................... 45
4.1 La coscienza all’interno dello spazio tempo: una prospettiva relativistica.................. 45
4.2 La coscienza nell’unità di tempo: un ɸ relativo? ........................................................ 48

CONCLUSIONI ................................................................................................................ 59

BIBLIOGRAFIA............................................................................................................... 62

1

INTRODUZIONE

Esistono due grandi misteri tuttora irrisolti ai quali l’essere umano cerca di rispondere
da secoli: il primo si riferisce alla nascita dell’universo; il secondo, invece, riguarda
l’esperienza cosciente e, in particolare, il modo in cui qualcosa di materiale possa
produrre il pensiero.
La Fisica sta facendo enormi passi in avanti nella spiegazione del primo quesito,
utilizzando la matematica, i dati empirici, le tecnologie e, più in generale, il metodo
scientifico. Tale metodo conoscitivo ha ampliato la concezione del nostro universo fin
dai tempi di Galileo e ha consentito il progresso scientifico e tecnologico tuttora in atto.
Per quanto riguarda la spiegazione dell’esperienza cosciente, la situazione sembra
essere meno definita. Per molti anni, infatti, l’idea che la coscienza non potesse essere
oggetto di ricerche scientifiche è stata predominante. Per secoli il problema della
coscienza è stato trattato esclusivamente dalla filosofia e dalla religione. Solo negli
ultimi decenni, l’evoluzione delle neuroscienze, ha consentito l’adozione di un
approccio più scientifico a tale argomento.
Il problema di fondo, nello studio della coscienza, sembra essere di tipo metodologico.
Mentre nello studio di fenomeni fisici abbiamo un essere cosciente (l’essere umano) che
adotta un metodo scientifico per spiegare un fenomeno naturale, nello studio della
coscienza la situazione diventa più complessa. In questo caso, infatti, la coscienza cerca
di studiare la coscienza stessa. Nessun altro elemento dell’universo sembra comportarsi
in modo analogo (porsi nelle condizioni di comprendere se stesso).
Il problema dell’approccio alla spiegazione della coscienza sembra risiedere nella
struttura del metodo scientifico, il quale tende a separare l’osservatore dall’oggetto di
studio. Tale separazione è incompatibile con un approccio verso la coscienza, poiché, in
questo caso, ciò che studia i fenomeni (la nostra coscienza) coincide con ciò che si cerca
di comprendere.
Anche la Fisica quantistica, nel corso degli anni, si è trovata a dover rivedere le basi del
metodo scientifico, poiché in alcuni esperimenti (come, ad esempio, quello delle due

2

fenditure -Joshua Kincaid, 2016- ) i risultati sembrano essere influenzati dal processo
osservativo. Si passa, dunque, da una concezione oggettiva e immutabile dei fenomeni
che sembrano indipendenti dall’osservatore, a una concezione più dinamica, che vede
non solo l’osservatore interconnesso con il fenomeno osservato, ma perfino i risultati
interdipendenti dall’osservazione cosciente.
Un altro problema nello studio della coscienza risiede nella difficoltà di comprendere la
relazione che la interconnette alle forze dell’universo. Le neuroscienze hanno raggiunto
una conoscenza profonda dei processi cerebrali. Si è, infatti, in grado di attribuire, con
una distinta precisione, quali attività cerebrali sono associate a determinate funzioni
cognitive, tuttavia non si può ancora comprenderne il perché. Mentre la Fisica mette in
relazione le forze e gli elementi conosciuti per creare un quadro più ampio della
situazione, la coscienza non è mai stata messa in relazione con qualcosa che vada oltre
le localizzazioni cerebrali e le funzioni corporee. In altre parole sembra che gli studi
sulla coscienza non vogliano allontanarsi dalla scatola cranica.
L’accostamento della coscienza ai fondamenti universali finora conosciuti, potrebbe
rappresentare una possibilità (sebbene non immediatamente intuitiva) di ampliare la
nostra comprensione. Anche se la coscienza sembra avere delle caratteristiche
totalmente differenti dalle forze conosciute in natura, è, tuttavia, innegabile che essa sia
connessa alle proprietà strutturali della Materia e che avvenga all’interno di uno Spazio
e di un Tempo.
La Teoria dell’Informazione Integrata di Giulio Tononi è uno degli studi più
promettenti sul fenomeno della coscienza. Essa è sostenuta da un modello matematico,
che consente di misurare la coscienza, partendo dalle proprietà materiali del cervello e
considerando il modo in cui sono interconnessi i neuroni. Tononi è stato uno dei primi a
uscire dalla scatola cranica, trattando la coscienza non solo come un’espressione del
funzionamento cerebrale, ma anche come una particolare modalità con la quale sono
organizzate le informazioni, formando un insieme il cui risultato è superiore alla somma
delle singole parti che formano un sistema.
L’obiettivo che si prefigge questa tesi è di mettere in relazione la Teoria
dell’Informazione Integrata di Tononi con le basilari nozioni di Spazio e di Tempo

3

riscontrabili nella Teoria della Relatività. A tale scopo saranno utilizzate delle formule
della Teoria della Relatività descritte da Daniel Styer (professore dell’Oberlin College
dell’Ohio) nel suo libro “Comprendere davvero la Teoria della Relatività” derivanti
dalle trasformazioni di Lorentz.
Lo scopo è comprendere in che modo la coscienza si relaziona con lo Spazio e con il
Tempo e se esistono delle condizioni limite di esistenza della coscienza all’interno
dell’universo. Inoltre, si cercherà di comprendere se i livelli di coscienza dipendono
esclusivamente da proprietà intrinseche della materia che prescindono lo spazio-tempo,
o se la velocità alla quale viaggia la materia nello spazio-tempo modifica le
caratteristiche della coscienza. In altre parole, i livelli di coscienza potrebbero dipendere
dalla velocità alla quale viaggia un sistema in grado di generare coscienza. Ciò
comporterebbe una concezione relativistica della coscienza, la cui connessione con le
strutture cerebrali (ormai ampiamente dimostrata) la pone nella condizione di essere
così collegata alla materia da essere sottoposta alle leggi della relatività. L’obiettivo è,
dunque, comprendere la funzione della coscienza all’interno di un contesto più ampio,
al fine di affrontare un problema tanto complesso con una visione più olistica. Non una
psicologia intesa “come galassia”, come la presenta in chiave metaforica Fulcheri
(Fulcheri, 2005), ma una coscienza realmente connessa all’intera struttura dell’universo,
fin dai fondamenti più profondi di Spazio e di Tempo.

4

1. LA COSCIENZA E I SUOI CORRELATI NEURALI

1.1 Dentro la scatola cranica

Applicare un approccio scientifico alla coscienza si rivela tuttora complicato, anche alla
luce del fatto che non esiste una definizione univoca della parola “coscienza”. Prima di
proseguire la discussione sull’argomento è importante chiarire il significato di questa
parola, che può rivelarsi fonte di dubbio e d’incertezze. La parola ‘coscienza’ deriva dal
latino conscire che significa “essere consapevoli”, conoscere. Va distinta, però, la
coscienza intesa in senso religioso, come insieme di norme morali, con un potere
pseudo punitivo, che indirizzano la persona verso la “retta via” (rendendola
“coscienziosa”

e

responsabile),

dalla

coscienza

utilizzata

nell’ambito

delle

neuroscienze. Nell’ambito psicologico-scientifico è ormai opinione comune, intendere il
fenomeno della coscienza come “quella cosa che svanisce quando ci addormentiamo in
un sonno senza sogni (o siamo in uno stato di coma o sotto anestesia) e che riappare
quando ci svegliamo o quando sogniamo”. La coscienza racchiude tutto ciò di cui
facciamo esperienza. Senza la coscienza non esisterebbe ciò che siamo, ciò che abbiamo
e ciò di cui facciamo esperienza. Ad esempio, se un albero cade in un luogo in cui non
c’è nessuno ad ascoltare, non produce suoni o rumori, poiché, questi, sono il risultato
della percezione della coscienza, la quale trasforma le vibrazioni delle onde sonore in un
suono. Un albero, cadendo, produce delle vibrazioni, ma se queste non sono incanalate
all’interno di un sistema uditivo ed elaborate da un sistema cosciente, non diventeranno
un suono. Se non ci fosse la coscienza, non esisterebbero suoni, ma solo vibrazioni. Il
suono deriva dalla percezione delle vibrazioni che sono incanalate nel sistema nervoso
per mezzo delle orecchie; il cervello elabora le vibrazioni e integra le informazioni
derivanti da queste al fine di renderle “leggibili”, costruendo, così, ciò che noi
definiamo “suono”. In altre parole, il suono esiste solo all’interno della dimensione
mentale. Il filosofo inglese Alan W. Watts espone questo concetto in chiave più
metafisica: “Attraverso i nostri occhi, l’universo percepisce se stesso. Attraverso le
nostre orecchie, l’universo ascolta le sue armonie. Siamo i testimoni attraverso cui
l’universo diventa cosciente della sua gloria, del suo splendore”. Allo stesso modo
l’astrofisico naturalista Hubert Reeves suggerisce che “l’universo è una macchina per

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fare coscienza”. La coscienza è, dunque, l’occhio per mezzo del quale l’universo guarda
se stesso.
Le neuroscienze, attraverso sistemi di neuroimaging, collocano questo “occhio”
all’interno dei cosiddetti “correlati neurali della coscienza” (NCC). I NCC sono quelle
porzioni del cervello che sembrano essere funzionalmente collegate all’esperienza
cosciente. Ciò è deducibile partendo dal fatto che queste aree sono più attive, rispetto ad
altre, quando è in atto un’esperienza cosciente e, inoltre, il loro danneggiamento
comporta un’inevitabile perdita dello stato cosciente. “Un correlato neurale della
coscienza è uno specifico pattern di attività cerebrale che correla con particolari
esperienze consce. Non è chiaro come un processo fisico, come l’attività neurale, possa
dar luogo a un fenomeno soggettivo come la consapevolezza”. (G.Rees, G.Kreiman, &
C.Koch, 2002).
Vanno distinti i “NCC completi” dai “NCC contenuto-specifico” e dalle “condizioni di
sfondo”. (C.Koch, 2016)
I NCC completi (Full NCC) si riferiscono al substrato che supporta l’esperienza
generale, indipendentemente dal suo contenuto. I NCC contenuto-specifico (contentspecific NCC) invece, si riferiscono al substrato neurale che supporta un particolare
contenuto dell’esperienza, come ad esempio volti visti, sognati o immaginati. Infine, le
condizioni di sfondo (background condition) sono quei fattori che permettono la
coscienza, ma senza contribuire direttamente all’esperienza, come ad esempio i sistemi
di eccitazione che garantiscono un adeguato arousal ai NCC, oppure adeguati livelli di
glucosio e ossigeno. (C.Koch, 2016)
Per far si che un insieme di neuroni sia considerato come un NCC contenuto-specifico,
è necessario che a una stimolazione di questi, corrisponda una determinata esperienza,
anche in assenza di stimoli esterni che possano causare quell’esperienza. Ciò significa
che quando i NCC contenuto-specifico, ad esempio, per la percezione dei volti, sono
stimolati artificialmente, mediante stimolazione magnetica transcranica (TSM), il
partecipante deve vedere una faccia, pur non essendo presente nel suo campo visivo. Se,
invece, l’attività di quest’area è bloccata, il partecipante non dovrebbe essere in grado di
vedere nessun volto, anche se presente. L’individuazione dei NCC contenuto-specifico,

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ad esempio di un volto, è possibile confrontando l’attività neurale registrata durante la
percezione di un viso, con l’attività neurale senza la sua percezione, mantenendo lo
stato generale del partecipante costante in entrambe le circostanze. (C.Koch, 2016)
Per comprendere maggiormente il concetto di NCC può essere particolarmente utile
partire dalla differenza tra la corteccia cerebrale e il cervelletto.
“Il cervelletto ha quattro volte più neuroni della corteccia cerebrale” (HerculanoHouzel, 2012) tuttavia “lesioni del cervelletto hanno scarsi effetti sulla coscienza”.
(Lemon, 2012)
Sembra ormai opinione comune che nel cervello ci siano circa 100 miliardi di neuroni
(anche se la Dr.ssa Suzana Herculano-Houzel et al. in Brasile, ha compiuto una stima di
circa 86 miliardi nel 2009). Di questi 100 miliardi, approssimativamente 20 sono nella
corteccia cerebrale, mentre i restanti 80 miliardi sono all’interno del cervelletto. Il fatto
che una lesione al cervelletto (o addirittura l’asportazione dello stesso) comporti effetti
trascurabili sull’esperienza cosciente, rispetto a una lesione della corteccia cerebrale
che, invece, può causare la perdita o la diminuzione della coscienza, sembra
rappresentare un paradosso, poiché ciò significa che un individuo potrebbe rimanere
cosciente con soli 20 miliardi di neuroni, ma restare incosciente pur conservandone 80
miliardi. La soluzione a tale paradosso sembra essere nella Teoria dell’Informazione
Integrata di Tononi, secondo cui “Un sistema fisico è cosciente nella misura in cui è in
grado di integrare informazioni”. (G.Tononi, 2013) Ne deriva che non è il numero di
neuroni a determinare lo sviluppo della coscienza, bensì il modo in cui questi si
organizzano al fine di integrare informazioni. “Non solo nel cervelletto manca un corpo
calloso che leghi i due emisferi cerebrali, ma mancano anche le connessioni tra le
diverse zone dei singoli emisferi. Presto ci rendiamo conto che il cervelletto si compone
di moduli indipendenti.[...] Gli impulsi elettrici vengono elaborati localmente nel
piccolo circuito del modulo in cui sono entrati.” (G.Tononi, 2013)
La struttura anatomico-funzionale del cervelletto si rivela, dunque, inappropriata
all’integrazione dell’informazione, poiché la divisione in moduli che lavorano in
parallelo, senza interagire tra loro, non consente l’integrazione necessaria per lo

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sviluppo della coscienza. Ciò che fa la differenza non è il numero di neuroni, bensì la
quantità e la qualità delle interazioni che avvengono tra le varie parti di un sistema.
Una volta assodato che la coscienza non è generata dal cervelletto, i neuroscienziati
hanno esaminato la corteccia cerebrale, al fine di verificare quali aree della corteccia
fossero funzionalmente correlate all’esperienza cosciente.

Diversi studi sembrano

confermare che il sistema talamo-corticale sia la struttura maggiormente connessa
all’esperienza cosciente. “Nel sistema talamo-corticale, oltre a un corpo calloso, ci
sono molti fasci di fibre che connettono aree anche lontanissime tra loro. Queste fibre
attraversano ciascun emisfero in lungo e in largo, dal basso verso l’alto e dall’alto
verso il basso. [...] Mettono in rapidissima comunicazione i gruppi neuronali del lobo
occipitale con quelli del lobo frontale e quelli frontali con quelli parietali. E lungo tutte
queste vie corrono velocissimi gli impulsi nervosi”. (G.Tononi, 2013)

Figura 1. Differenza tra cervello e cervelletto

L’architettura del sistema talamo-corticale sembra, dunque, compatibile con la
formazione della coscienza, grazie alla sua fitta rete di connessioni che consente
un’integrazione d’informazioni molto superiore rispetto a quella generata dal sistema

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cerebellare. Alcuni esperimenti hanno evidenziato una cosiddetta “zona calda” per lo
sviluppo della coscienza, individuabile in una regione posteriore della corteccia
cerebrale. “Tali esperimenti indicano che, sia nel sonno REM sia nel sonno NREM,
l’intero NCC sembra essere localizzato in una regione temporo-parieto-occipitale,
associata a esperienze percettive, e in una regione frontale associata a esperienze simili
al pensiero”. (Siclari, 2014)
Esistono, tuttavia, dei dubbi riguardo al ruolo della corteccia frontale nello sviluppo
della coscienza, infatti, anche se “studi di neuroimaging [...] indicano che c’è una
ridotta attività nella corteccia fronto-parietale durante la perdita di coscienza,
suggerendo che questa sia candidata come NCC, altri risultati sembrano contraddire
tale risultalo” (C.Koch, 2016). A entrare in contrasto con questi risultati sono gli studi
sul sonno e sui sogni che evidenziano una ridotta attività della corteccia prefrontale
durante la fase REM del sonno, mentre i partecipanti sognano vividamente. (Nir, 2010)
Siccome il sogno è considerato come una forma di coscienza, induce perplessità il fatto
che la corteccia frontale non sia attiva durante il suo svolgimento. Nonostante ciò, la sua
attivazione potrebbe comunque rappresentare la differenza sostanziale tra lo stato
cosciente che si esperisce durante la veglia e quello che si attua durante il sogno.
Lo studio dei NCC è il più utilizzato nella comprensione scientifica dell’esperienza
cosciente, poiché ci pone nella condizione di poter individuare in tempo reale l’attività
cerebrale, nonché di poter dare una forma concreta e un corrispettivo tangibile al
fenomeno elusivo della coscienza.

1.2 Gli stati di coscienza

Anche se, il più delle volte, ci si riferisce alla coscienza come derivante dal
funzionamento ottimale di un sistema cerebrale, in ambito clinico si è giunti, nel corso
del tempo, a parlare di differenti stati di coscienza, in base alle diverse conformazioni
che essa assume in relazione a lesioni cerebrali. La concezione della coscienza si è
evoluta di pari passo con le varie tecnologie applicate all’ambito clinico, come la
respirazione artificiale: “se la respirazione artificiale ha reso la linea tra la vita e la

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morte assai più definita,essa ha irrimediabilmente confuso i confini della coscienza”
(Tononi, 2013). Numerose persone con danni cerebrali importanti, infatti, riescono a
essere tenute in vita con l’ausilio di strumentazioni tecnologiche combinate a farmaci.
Possiamo distinguere differenti stati di coscienza:
Lo stato di coma;
lo stato vegetativo;
lo stato di locked-in;
lo stato minimamente cosciente.
Lo stato di coma è uno stato simile al sonno profondo all’interno del quale il paziente
non risulta cosciente. Solitamente è dovuto a un danneggiamento del tronco encefalico,
il quale si occupa di regolare molte funzioni vitali di base come la respirazione, il battito
cardiaco o gli stati di sonno e di veglia. La fine dello stato di coma, se il soggetto non
muore, è segnata dall’apertura degli occhi e dal recupero del ciclo sonno-veglia. Infatti,
tutte le mattine, al risveglio, la parte superiore del tronco dell’encefalo (costituita dal
ponte e dal mesencefalo) funge da interruttore per riattivare l’intera esperienza
cosciente, consentendo alle aree superiori di integrare informazioni. Nel caso di pazienti
con grandi danni cerebrali, è possibile che gli occhi si aprano solo perché il tronco
encefalico ha recuperato le sue funzioni di base, senza però che le aree talamo-corticali
superiori (volte alla generazione della coscienza) riescano a integrare informazioni.
“Perché il risveglio sia accompagnato dalla ricomparsa di un soggetto che sente e che
vede, non basta il recupero delle funzioni tronco-encefaliche, devono funzionare anche
tutte le strutture più evolute che stanno sopra: quelle che per qualche ragione
misteriosa generano la luce della coscienza”(Tononi, 2013).
Quando il soggetto recupera le funzioni del tronco encefalico e i cicli di sonno-veglia, si
giunge allo stato vegetativo in cui il paziente è in uno stato di “vigilanza senza
coscienza” (apre gli occhi senza vedere). La respirazione (gestita dalle strutture inferiori
del tronco encefalico e in particolare dal bulbo) è conservata, ma il paziente “non dà
alcun segno di sé, nessuna risposta a ordini semplici, nessuna reazione localizzata a
stimoli dolorosi (...) per contro si può osservare una gamma estesa di gesti automatici

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non intensionali e senza significato: movimento degli occhi, movimenti riflessi degli
arti, del collo, smorfie, masticazione, vocalizzazioni, riso o pianti automatici” (Tononi,
2013). Lo stato vegetativo è distinguibile dal coma poiché il paziente appare “sveglio”
tuttavia non cosciente.
Altri pazienti, invece, in seguito al coma recuperano pienamente la coscienza, ma
rimangono paralizzati. Ciò non consente di rendersi conto immediatamente del loro
recupero. Un danno in una zona del tronco dell’encefalo attraversata da migliaia di fibre
nervose che collegano la corteccia cerebrale al midollo spinale, impedisce al paziente di
muoversi, nonostante abbia recuperato coscienza. In questo caso bisogna parlare di
pazienti “locked-in” ossia “chiusi dentro”. Infatti, essi si trovano intrappolati nel proprio
corpo, in molti casi, senza che nessuno se ne accorga. “I pazienti locked-in, non di rado,
sono erroneamente diagnosticati come pazienti in stato vegetativo” (Tononi, 2013).
Buona parte di questi pazienti, spesso, recupera la capacità di muovere gli occhi verso
l’alto e verso il basso e può imparare a utilizzare i movimenti oculari per comunicazioni
basilari, che, con il tempo, possono diventare più efficienti grazie all’ausilio di
computer che permettono di scegliere lettere dell’alfabeto per comporre parole. Quando,
invece, anche il movimento degli occhi è impedito si parla di “total locked-in
syndrome” e diventa più difficile riconoscere lo stato cosciente del paziente.
Un’ultima condizione che si colloca tra lo stato di locked-in e lo stato vegetativo è stata
riconosciuta nel 2002 sotto il nome di “stato di coscienza minima”, che riguarda una
condizione in cui i pazienti non sono in grado di comunicare, ma mostrano,
occasionalmente, segni di attività motoria non automatica. Tali segni di attività variano
molto da un giorno all’altro e sono difficili da individuare. “Un esempio è il paziente
che, nel contesto di uno stato generale di non responsività, di tanto in tanto fissa e
segue con lo sguardo pazienti e medici che entrano nella stanza” (Tononi, 2013).

1.3 Individuare gli stati di coscienza

Nel corso del tempo, la ridefinizione e la categorizzazione degli stati coscienti ha
portato l’esigenza di indagare su vari livelli la presenza di coscienza nei pazienti.

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Il primo livello, spesso utilizzato dai medici per valutare lo stato di coscienza dei
pazienti, utilizza il comportamento del soggetto come misura del livello di coscienza. Si
utilizzano scale standardizzate che prevedono un punteggio; quanto più è alto il
punteggio, tanto più si riterrà elevato lo stato di coscienza. “Un paziente è tanto più
cosciente quanto più specifiche ed elaborate sono le risposte che produce” (Tononi,
2013). Una delle scale più efficienti è la CRS-R (Coma Recovery Scale-Revised).
Tuttavia, utilizzando tale livello d’investigazione, non è possibile individuare pazienti
coscienti che non riescono a muoversi. Considerando che la coscienza può esserci anche
quando il paziente è paralizzato, si è sentita l’esigenza di approfondire i livelli di
valutazione.
Il secondo livello cerca di andare oltre quello comportamentale, valutando direttamente
l’attività cerebrale del paziente attraverso la risonanza magnetica funzionale (fMRI),
uno strumento che registra il consumo di ossigeno dei neuroni. Infatti, quanto più
ossigeno i neuroni consumano, tanto più elevato sarà l’afflusso sanguigno richiesto e,
conseguentemente, l’attività cerebrale di quelle aree. Attualmente si è in grado di
determinare quali aree cerebrali si occupano di specifiche attività e ciò è di grande aiuto
per comprendere cosa il soggetto sta pensando, anche se non è in grado di comunicarlo
direttamente.
Nel 2005 a una ragazza di 23 anni, in seguito ad un trauma cranico, venne diagnosticato
uno stato vegetativo. Alcuni scienziati dell’Università di Cambrige, guidati da Adrian
Owen, sottoposero la ragazza a un esperimento. La ragazza era immobile, ma attraverso
la fMRI potevano valutare lo stato di attivazione dei suoi neuroni. Chiedendo a questa
ragazza di immaginare di giocare a tennis, evidenziarono un’attività della corteccia
premotoria. Chiedendo, invece, di immaginare di muoversi nella propria casa, la fMRI
registrò un’attivazione nelle aree più posteriori e più profonde (proprio come accadeva
nei soggetti sani) (Owen A., 2006). Questo esperimento ha evidenziato come molte
diagnosi di stato vegetativo, in realtà, non siano esatte, ma nascondano, anzi, pazienti
coscienti intrappolati in corpi che non consentono una comunicazione. Tale esperimento
è stato eseguito su molti pazienti che avevano ricevuto diagnosi di stato vegetativo e, in
circa un quinto di essi, era possibile individuare un determinato funzionamento
cerebrale in relazione alle domande effettuate. Ciò non significa necessariamente che un

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quarto di essi è in stato vegetativo, ma potrebbe anche significare che alcuni abbiano
danni cerebrali che impediscono la comprensione del linguaggio (afasia). Inoltre, anche
se tutti i sensi dovessero essere fuori uso, ciò non comporterebbe necessariamente
un’assenza di coscienza. In altre parole, come afferma Tononi: “l’assenza della prova
non costituisce la prova dell’assenza”.
Il terzo livello, invece, è il più profondo, ma anche il più difficile da mettere in atto. Se
il soggetto avesse perso tutti i sensi, sarebbe impossibile comunicare con lui e registrare
la sua attività cerebrale in risposta a degli stimoli. In questo caso, è necessario
comprendere se i correlati neurali della coscienza (NCC), ossia quelle aree la cui attività
è collegata allo stato cosciente, funzionano in modo adeguato. Finora i risultati sono
stati deludenti, poiché si sono basati sulla valutazione della sincronizzazione del
funzionamento neuronale, il quale, tuttavia, non correla sempre con l’esperienza
cosciente.
Se, però utilizziamo la Teoria dell’Informazione Integrata, secondo cui la coscienza
deriva dall’integrazione d’informazioni e da elevati livelli di differenziazione (ossia
dalla complessità di risposta) possiamo valutare se un paziente è cosciente
comprendendo se, nel suo cervello, l’attività cerebrale è integrata e differenziata.
Quando i geologi devono studiare le profondità di un terreno sconosciuto, per prima
cosa lo perturbano con una massa percuotente e registrano la risposta delle onde che
rimbalzano e che tornano in superficie con dei geofoni. Allo stesso modo, si può
perturbare il cervello con una stimolazione magnetica transcranica (TMS) e registrare le
risposte che ne derivano con l’elettroencefalogramma (EEG) al fine di valutare se le
risposte sono integrate e differenziate. Per far si che un sistema sia cosciente, dobbiamo
aspettarci che, perturbandolo con la TMS, la risposta registrata dall’EEG debba essere
integrata e differenziata. Per “risposta integrata” si intende che per valutare se un
gruppo di neuroni A è connesso a un gruppo di neuroni B, basta perturbare A per
registrare un’attività anche in B. Per differenziata, invece, si intende che la risposta non
deve essere omogenea, bensì complessa, cioé differenziata in relazione alle specifiche
funzioni cerebrali. “Per valutare la capacità del cervello di integrare informazione è
necessario perturbare direttamente un sottoinsieme di neuroni corticali per registrare

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l’estensione (integrazione) e la complessità (l’informazione) della risposta prodotta
sulla scala temporale dei millisecondi”. (Tononi, 2013)
Perturbando con la TMS e registrando con l’EEG il cervello di un soggetto sveglio,
troveremo che la risposta si espanderà nella maggiorparte del suo cervello
(integrazione) in circa 300 millisecondi e che la risposta registrata sarà differenziata. “Il
risultato è un complicatissimo schema di attivazione spaziotemporale, dove aree diverse
si accendono e si spengono con tempi e modi differenti” (Tononi, 2013).
Perturbando il cervello durante il sonno profondo (sonno senza sogni corrispondente
alla fase “non-REM”) la risposta del cervello è immediata e molto forte, tuttavia è
confinata all’area stimolata e la differenziazione è completamente persa.
Perturbando un paziente durante la fase REM del sonno (nella quale è più probabile che
si sogni), si può ricevere una risposta molto simile allo stato di veglia (integrata e
differenziata). In effetti, svegliando il soggetto durante questa fase, esso ci racconterà di
aver visto volti, luoghi e paesaggi creati dalla sua coscienza. In altre parole, nel sogno la
coscienza c’è e la risposta che ne deriva è molto simile allo stato di veglia.
Applicando questo approccio a pazienti in stati di coscienza alterata è possibile, in molti
casi, comprendere se i pazienti sono coscienti o meno. Nel caso dei locked-in, ad
esempio, la risposta sarà molto simile a quella dei soggetti sani. Nello stato vegetativo,
invece, la risposta sarà più affine agli stati di sonno profondo, mentre negli stati di
minima coscienza, la risposta sarà, in alcuni giorni, più complessa e in altri meno.
Infine, è possibile, in alcuni casi, prevedere se un paziente in stato vegetativo è sulla
strada della ripresa monitorando costantemente le sue risposte cerebrali.

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Figura 2. Stati di coscienza e recupero

L’ambito clinico sta ampliando le sue conoscenze grazie all’ausilio di nuove tecnologie
che aumentano la comprensione degli stati di coscienza. Ciò consente di restituire una
“voce” a quelle coscienze dimenticate e segregate all’interno del cranio che, altrimenti,
rimarrebbero silenti.

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2. LA TEORIA DELL’INFORMAZIONE INTEGRATA E I SUOI POSTULATI

Tra tutte le teorie sulla coscienza sembra che la Teoria dell’Informazione Integrata sia la
più promettente. Essa è, infatti, supportata da diverse prove empiriche, specie in ambito
clinico.
Il suo approccio si discosta da quello usualmente utilizzato nell’ambito delle
neuroscienze, che tende a partire da una base neurologica per comprendere quali
meccanismi dell’esperienza cosciente siano correlati al suo funzionamento. Tale scelta
deriva da un problema di natura metodologica. E’, infatti, possibile correlare funzioni
del cervello, localizzate in determinate aree della corteccia, a specifiche attività, tuttavia
la localizzazione non fornisce informazioni sulla natura fenomenologica dell’esperienza
cosciente. E’ necessario partire da una base teorica per dare un senso più ampio al
fenomeno della coscienza, che vada oltre la mera localizzazione cerebrale delle sue
attività.
I biologi utilizzarono questo stesso approccio quando, pur avendo categorizzato una
miriade di specie di animali, non disponevano, ancora, di una teoria che spiegasse la
loro provenienza. Ciò portò alla formulazione della teoria evoluzionista, che diede un
senso più ampio all’esistenza delle varie specie. Allo stesso modo, oggi conosciamo il
funzionamento delle diverse aree del cervello, ma abbiamo bisogno di una teoria che ne
chiarisca la provenienza.
La IIT parte da assiomi teorici derivanti dalla fenomenologia, per poi risalire a postulati
che, per mezzo di relazioni matematiche, trovano un corrispettivo nel funzionamento
del substrato fisico della coscienza (PSC). Un approccio sostanzialmente opposto a
quello utilizzato finora dalle neuroscienze.
Gli assiomi della IIT derivanti dalla fenomenologia sono cinque e saranno esplicati nei
seguenti paragrafi.

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2.1 Esistenza

Il primo assioma è l’esistenza, secondo cui la coscienza esiste dalla sua prospettiva
intrinseca. Ciò significa che dobbiamo aspettarci che il substrato fisico della coscienza
(PSC) abbia una struttura che consente al sistema di percepire se stesso. All’interno di
una struttura organizzata di neuroni, ogni neurone ha due stati possibili: spento o acceso
(numericamente traducibile in 0 o 1). Il funzionamento di ogni neurone può essere
influenzato da cause (input da altri neuroni) e può comportare effetti (output verso altri
neuroni). Tale postulato si traduce in uno schema in cui i neuroni sono rappresentati da
cancelli logici, ossia dei circuiti in grado di simulare operazioni logiche tra due o più
variabili binarie (il cui valore è 0 o 1). (Masafumi Oizumi, 2014)

Figura 3: 1° POSTULATO DELL’IIT. ESISTENZA (Masafumi Oizumi, 2014)

Ogni lettera della figura 3 rappresenta un cancello logico. Il colore giallo ne identifica lo
stato attivo (ON=1) mentre il colore bianco equivale allo stato inattivo (OFF=0). Il
cerchio tratteggiato contraddistingue il “set candidato” (ABC) ossia quell’insieme di
elementi che secondo l’IIT rappresenta il substrato fisico della coscienza. Gli elementi
non compresi all’interno del set candidato non contribuiscono all’esperienza cosciente,
pur entrando in relazione con i meccanismi che la generano. Questi sono, infatti,
considerati come una “condizione di sfondo” che vincola dall’esterno lo stato del set
candidato.

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Nella tabella raffigurata sulla destra, troviamo, invece, la “matrice di transizione di
probabilità” che racchiude tutti i possibili stati futuri (t1), del set candidato ABC, in
relazione ai possibili stati di ABC presenti (t 0).
Nel caso riportato, lo stato attuale di ABC è 100 (poiché A è acceso mentre B e C sono
spenti). Tale stato è evidenziato nella seconda riga della “matrice di transizione di
probabilità”. Lo stato futuro (t 1) del set candidato ABC è vincolato dal suo stato attuale
(t0).
Nella tabella è evidente come ABC attuale (100) vincola il passato di ABC futuro a 001.
E’ inoltre possibile risalire allo stato passato del sistema (t-1), partendo dal suo stato
attuale.
Per comprendere come questo sia possibile, bisogna capire il funzionamento dei cancelli
logici e delle loro funzioni (AND, OR e XOR). Le funzioni di ogni cancello logico,
infatti, rappresentano una particolare modalità di funzionamento di quel cancello, in
base alla quale, possiamo prevedere se un “neurone” sarà acceso o spento in relazione a
determinati cause (input). Nella figura 4 sono schematizzate le tre funzioni.

Figura 4: FUNZIONI AND, OR e XOR

La figura 4 illustra il funzionamento delle funzioni AND, OR e XOR in maniera
diretta. In questo caso gli interruttori rappresentano lo stato di attivazione/disattivazione

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dei cancelli logici che inviano input a un altro cancello logico (neurone). Ad esempio,
nel caso della funzione AND la lampadina si accenderà solo se entrambi gli interruttori
sono attivi (11). Nel caso della funzione OR, invece, la lampadina rimarrà spenta, solo
se nessuno dei due interruttori è acceso (00). Infine, nella funzione XOR la lampadina si
accenderà solo se un interruttore resta acceso mentre l’altro è spento (01-10). Il simbolo
con il fulmine, infatti, rappresenta che la corrente può passare solo se proviene da un
solo conduttore.
Nella figura 3, è possibile ragionare con le funzioni. Ad esempio, se consideriamo il
cancello logico C, sappiamo che la sua funzione è XOR. Il che significa che può essere
acceso, solo se uno dei due input provenienti da A e B, è attivo (1) mentre l’altro è
disattivo (0). Siccome, allo stato attuale (t0), C è spento, significa che in passato A e B,
rispetto a C, o erano entrambi accesi (11) o erano entrambi spenti (00). Allo stesso
modo, possiamo prevedere che lo stato futuro di C sarà acceso (1), poiché, attualmente,
A è acceso e B è spento. Ciò è evidenziato anche nella “matrice di transizione di
probabilità”, dove alla seconda riga (quinta colonna) si prevede che lo stato futuro (t1)
del sistema sarà 001, cioè A e B spenti e C acceso.
Sulla base di ciò, possiamo affermare che nello schema che rappresenta il postulato,
derivante dal primo assioma dell’esistenza, è evidente che ogni cancello logico
(rappresentante un neurone) ha un valore di causa-effetto intrinsecamente percepito dal
sistema. Lo stato passato del sistema, infatti, vincola i valori attuali e futuri dello stesso.
In altre parole, il sistema, attraverso le reciproche interazioni delle parti che lo
compongono, può fare la differenza per se stesso. (Giulio Tononi, 2016)

2.2 Composizione

Il secondo assioma dell’IIT è la composizione secondo cui l’esperienza cosciente è
strutturata, cioè composta da parti elementari, la cui combinazione forma un’esperienza
unificata. Ciò significa che a livello del substrato fisico della coscienza, ossia a livello
neurale, dobbiamo aspettarci che i meccanismi elementari siano combinati in strutture
che formano un ordine di natura superiore, rispetto alla somma delle singole parti che

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formano un sistema. In altre parole, “Ordini superiori di meccanismi possono essere
composti combinando meccanismi elementari”. (Masafumi Oizumi, 2014)
La conformazione di connettività dei neuroni, per rispettare tale principio, deve,
dunque, far in modo che, partendo da strutture semplici, si possa giungere a
conformazioni complesse sulla base degli stessi meccanismi elementari. Ciò rimanda a
un parallelismo con la “geometria frattale”, in cui forme basilari si ripetono su diverse
scale, formando ordini di meccanismi più elevati. Tale geometria è riscontrabile in molti
elementi della natura. Ad esempio, in alcuni alberi come l’abete, i rami tendono a
ripetere la forma dell’albero stesso, e, allo stesso modo, i rametti tendono a ripetere la
forma dei rami di provenienza. La geometria del tronco, sembra, dunque, ripetersi sulla
base della medesima struttura elementare, fino a formare la totalità dell’albero.

Figura 5. Struttura frattale dei neuroni.

Il matematico polacco Benoît Mandelbrot, studioso della geometria frattale, riteneva
che“in qualche modo, i frattali abbiano delle corrispondenze con la struttura della
mente umana: è per questo che la gente li trova così familiari. Questa familiarità è
ancora un mistero, e più si approfondisce l'argomento, più il mistero aumenta”.

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Probabilmente, se Mandelbrot fosse ancora vivo, e se avesse conosciuto il secondo
principio della composizione della IIT, forse, avrebbe potuto comprendere che anche la
coscienza parte da una geometria di base, la quale, ripetendosi continuamente, forma la
totalità della coscienza. Il mistero rimane, ma, in conformità a tale principio, è più
semplice comprendere come vi sia una sovrapposizione tra la geometria frattale
appartenente al mondo esterno, e la geometria che pone in relazione le strutture
cerebrali dedite alla formazioni della coscienza.
Essendo la coscienza un’esperienza unificata, composta da varie parti elementari, la cui
somma genera una totalità superiore a quella derivante delle singole parti da cui è
composta, ci aspettiamo di poter quantificare in che modo i neuroni (rappresentati da
cancelli logici) possano relazionarsi al fine di formare un sistema, il cui funzionamento
produce una quantità d’informazione superiore a quella che si otterrebbe sommando
l’informazione prodotta da ogni singolo neurone preso singolarmente.
Per avere un riscontro tangibile con tali affermazioni ripartiamo dalla relazione tra vari
cancelli logici rappresentanti i neuroni.

Figura 6: 2° POSTULATO IIT. COMPOSIZIONE

Nella figura 6 è inserito il secondo postulato derivante dall’assioma della composizione.
A, B e C sono i meccanismi elementari cosiddetti “di primo ordine” (nella parte bassa
della figura). Combinandoli, è possibile costruire meccanismi di ordine superiore.

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Coppie di elementi formano meccanismi del “secondo ordine” (AB, AC, BC) e tutti gli
elementi insieme formano il meccanismo del “terzo ordine” (ABC). Gli elementi
all'interno dell'insieme candidato, ma al di fuori del meccanismo preso in
considerazione, sono considerati fonti di disturbo indipendenti e non determinabili.
(Masafumi Oizumi, 2014)
Dobbiamo aspettarci che la quantità superiore d’informazioni sarà data dal “terzo
ordine”, cioè dalla situazione in cui i cancelli logici sono considerati all’interno di uno
stesso “set candidato”, dove gli stati possibili dei cancelli logici sono determinabili. E’
quindi possibile affermare che i meccanismi di ordine superiore possono essere
composti combinando meccanismi elementari.

2.3 Informazione

Il terzo assioma della IIT è l’informazione, secondo cui l’informazione contenuta
all’interno della coscienza è specifica. (Giulio Tononi, 2016) Ciò significa che il
contenuto dell’esperienza cosciente esclude tutti gli altri contenuti possibili. Se, ad
esempio, il campo visivo di un individuo è focalizzato su un paesaggio montano,
l’esperienza cosciente di questo sarebbe il paesaggio montano, e non il mare, un vaso o
un volto. L’esperienza del paesaggio esclude, dunque, le altre esperienze coscienti.
Maggiore è la quantità delle esperienze escludibili da un sistema, maggiore è
l’informazione. Ad esempio, un fotodiodo è un sensore ottico che rileva la luce ed è in
grado di reagire a essa con uno stimolo elettrico. Gli stati possibili del fotodiodo sono
solo due:“spento” (0) o acceso (1). Se si posiziona un fotodiodo in una stanza buia, esso
segnerà 0, ma se si accende la luce, esso si attiverà (1). Anche una persona lasciata in
una stanza buia sarebbe in grado di eseguire una discriminazione simile, ma non
possiamo pensare che utilizzi gli stessi meccanismi di un fotodiodo.

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Figura 7. Un fotodiodo e un cervello che riconoscono il buio

La differenza fondamentale risiede proprio nella quantità di esperienze escludibili da
una persona rispetto al fotodiodo. Quando c’è luce, il fotodiodo esclude solo lo stato del
buio, mentre un individuo ha una quantità enorme di stati escludibili. Basta pensare che
se cambiassimo il colore della luce, il fotodiodo non noterebbe alcuna differenza e
continuerebbe a segnalare i suoi due stati (0-1), mentre, invece, una persona noterebbe
subito la differenza, poiché il suo repertorio di esperienze è molto più ampio di quello
del fotodiodo. (G.Tononi, 2013) Perfino la percezione del buio, che è quanto di più
semplice possa essere percepito dal sistema visivo, cambia radicalmente tra una persona
e un fotodiodo: “Ma per il fotodiodo, buio doveva aver significato molto di meno. Con
il suo meccanismo semplice, esso non aveva modo di sapere che il buio non era un
colore, che non era un volto e nemmeno un luogo, che non era un suono o un odore o
un sapore, e nemmeno una sensazione o un pensiero. Per il fotodiodo buio non era
“buio”, ma semplicemente uno tra due. Il suo intero universo si riduceva a “questo si”,
“questo no”. (Tononi, 2014)
Siccome l’informazione è specifica e la sua quantità cresce all’aumentare degli stati
escludibili rispetto a quello che si sta esperendo, dobbiamo aspettarci che, a livello
neurale, ci siano degli stati che ne escludano altri. Il punto è comprendere quali
meccanismi cambino la conformazione e il funzionamento del sistema, vincolando gli
stati passati e futuri del sistema stesso. Ciò che costituisce l’informazione è la

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possibilità di uno specifico stato passato del sistema di vincolare lo stato futuro dello
stesso; quanti più stati possibili saranno esclusi, tanto più elevata sarà l’informazione.
“Le informazioni come "differenze che fanno la differenza" per un sistema dalla sua
prospettiva intrinseca, possono essere quantificate considerando come un meccanismo,
nel suo stato attuale, limiti i potenziali stati passati e futuri del sistema.” (Masafumi
Oizumi, 2014)

Figura 8. 3° POSTULATO IIT: INFORMAZIONE

La figura 8 illustra come un meccanismo A vincoli gli stati passati di tre sistemi
differenti. A è una porta AND cui afferiscono degli Input, considerati con cause passate
che spiegano l’attuale stato di A. La distribuzione degli stati passati è chiamata
“repertorio causale” di A.
Nel primo sistema, a sinistra, le connessioni tra A e BCD sono costituite da rumore,
quindi, lo stato corrente di A non fornisce alcuna informazione sullo stato di BCD.
Siccome non possiamo prevedere nulla rispetto a BCD, dobbiamo considerare che il
“repertorio causale” di BCD può essere rappresentato da tutte le combinazioni possibili
dei valori 0-1. In tutto le combinazioni sono 8 poiché gli stati di ogni cancello logico
sono 2 (cioè 0 o 1) combinati in gruppi da 3 (BCD). Il calcolo è, dunque, 2 3=8.
Possiamo trovare le 8 combinazioni sotto ogni sistema. Le colonnine nere indicano
quanta probabilità c’è che si verifichi una combinazione piuttosto che un’altra. Nel
primo caso, dove le connessioni sono costituite da rumore, tutte le combinazioni hanno

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la stessa probabilità di verificarsi. In altre parole, il repertorio causale è identico alla
“distribuzione non vincolata” che rappresenta tutte le possibili combinazioni
indipendentemente dagli stati passati. Ad esempio, in un dado la distribuzione non
vincolata è rappresentata dall’attribuzione di 1/6 delle possibilità a ognuno dei 6 numeri
possibili (1,2,3,4,5,6). Possiamo affermare che, in questo primo caso, A non genera
alcuna informazione. Lo stato attuale di A, infatti, non riesce a fornire nessuna
informazione sullo stato passato di BCD.
Al contrario, nel secondo sistema (B), le connessioni tra A e BCD non sono “rumore”,
ma sono considerate deterministiche. A è attivo (A = 1) e, essendo una porta AND, la
sua attività è possibile solo se i cancelli logici da cui riceve Input sono tutti attivi. Lo
stato passato di BCD è completamente vincolato, poiché l'unico stato compatibile con
A=1 è BCD = 111. Ciò è specificato anche dalla colonnina evidenziata in nero appena
sotto la figura, che segnala che l’unico stato passato possibile è 111. In questo caso, il
repertorio causale è massimamente selettivo, e corrisponde al grado più elevato
d’informazione.
Nel terzo sistema, a destra, A è disattivato (0). Essendo una porta AND, la sua
inattivazione può dipendere da tutte le possibili combinazioni tranne che da 111 (che
invece comporterebbe un’attivazione di A). Il repertorio causale è meno selettivo,
perché 7 combinazioni su 8 hanno uguale probabilità di essere rappresentative del
passato. Lo stato attuale di A, dunque, vincola solo parzialmente lo stato passato di
BCD.
Ricapitolando, nella figura più a sinistra, il repertorio causale di A è considerato “non
selettivo”, poiché potrebbe essere seguito da qualsiasi stato. Nel caso esposto al centro
della figura, il repertorio causale di A è “massimamente selettivo”, perché tutti gli stati
tranne 111 sono esclusi come possibili cause dell’attivazione di A. Infine, nell’ultimo
caso esposto sulla destra, il repertorio causale di A è molto meno selettivo rispetto al
secondo presentato, perché solo lo stato 111 è escluso come possibile causa
dell’inattivazione di A. (Masafumi Oizumi, 2014)
Il principio dell’informazione ci pone inevitabilmente di fronte ad una divisione
temporale. Infatti, ciò che permette alla struttura cerebrale di generare informazioni,

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deriva dalla capacità degli stati passati di un sistema di vincolare i suoi stati futuri. Il
fatto che la coscienza esista all’interno di uno spazio-tempo sembra, dunque, di vitale
importanza. Un sistema può percepire se stesso, solo se le parti da cui è composto
generano “differenze che fanno la differenza dalla prospettiva intrinseca del sistema
stesso”. Tuttavia ciò è possibile soltanto se si considera che il sistema non si limiti a
esistere in un solo tempo, bensì lungo un continuum temporale composto da presente,
passato e futuro. L’esistenza all’interno di un continuum spazio-temporale è
fondamentale affinché il funzionamento delle diverse parti del sistema cerebrale trovi le
sue cause nel passato e produca effetti per il futuro.
Il repertorio d’informazione causale (ic) e il repertorio d’informazione degli effetti (ei),
sono ciò che lega la coscienza allo spazio-tempo, generando informazioni derivanti
dalla costrizione degli stati futuri, sulla base del funzionamento di quelli passati.

Figura 9. Informazione: "Differenze che fanno la differenza per un sistema dalla sua prospettiva
intrinseca" (Masafumi Oizumi, 2014)

Un meccanismo genera informazioni vincolando gli stati passati e futuri del sistema.
Nella figura 9, il triangolo in alto, mostra il set candidato composto da porte OR, AND e
XOR nel suo stato attuale 100.

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Consideriamo il cancello logico A (evidenziato in rosso) sia rispetto al passato
(triangolo blu), che al futuro (triangolo verde) . Appena sotto i triangoli, troviamo la
stessa situazione esposta su una scala temporale: a sinistra il passato, al centro il
presente e a destra il futuro. Conosciamo solo lo stato attuale di A, mentre tutti gli altri
cancelli logici (colorati di grigio) sono considerati “indeterminati”. Lo stato attuale del
meccanismo A, vincola il passato e il futuro del sistema.
La distribuzione vincolata degli stati passati è il repertorio causale di A (a sinistra). La
distribuzione vincolata degli stati futuri è il repertorio degli effetti di A (a destra).
Le informazioni causali (ci) sono quantificate misurando la distanza D tra il repertorio
causale e il repertorio del passato non vincolato, ossia quel repertorio secondo cui tutti
gli stati passati hanno uguale probabilità di esistere. In altre parole, il repertorio del
passato non vincolato è un repertorio che non tiene conto del sistema causa-effetto, per
cui ogni stato passato può verificarsi con uguale probabilità (come nel lancio di un
dado). Le informazioni causali (ci) sono date proprio dalla distanza D tra il repertorio
causale, che rappresenta gli stati passati del sistema in relazione al presente, e il
repertorio del passato non vincolato, che rappresenta un sistema in cui tutto è possibile
in ugual modo, senza considerare lo stato attuale. Semplificando si potrebbe affermare
che la quantità d’informazioni causali sono derivanti dalla differenza tra ciò che avviene
a causa del passato relazionato con il presente, con tutto ciò che potrebbe essere
accaduto senza considerare il presente.
Allo stesso modo, l'informazione sull'effetto (ei) viene quantificata misurando la
distanza D tra il repertorio degli effetti e il repertorio del futuro non vincolato. “Si noti
che il repertorio futuro non vincolato non è semplicemente la distribuzione uniforme,
ma corrisponde alla distribuzione dei futuri stati del sistema con input non vincolati a
ciascun elemento”.

2.4 Integrazione

Il quarto assioma della IIT è l’integrazione secondo cui l’esperienza è unitaria e
irriducibile alle singole parti che la compongono. Il contenuto della coscienza è

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integrato in un’esperienza unitaria che, se venisse frammentata, perderebbe il suo
valore. “Prendi una parola di una dozzina di lettere, e lascia che ciascun uomo pensi la
propria lettera. Ebbene, da nessuna parte ci sarà la coscienza della parola intera”.
(Tononi, 2014) Ma come possono elementi molteplici essere una sola cosa? Come
possono, ad esempio, miliardi di fotoni di luce, essere concepiti come una sola
immagine?
Per rispondere a queste domande è utile rifarsi ad un esempio introdotto da Tononi.
Consideriamo una fotocamera composta da un milione di fotodiodi, ognuno dei quali
risponde ad una variazione dell’intensità luminosa. Le immagini prodotte dalla
fotocamera sono il risultato della risposta dei singoli fotodiodi che, affiancati l’uno
accanto all’altro ci danno l’interezza dell’immagine. Tuttavia l’unità dell’immagine
fornita dalla telecamera è soltanto un’illusione. Essa è solo la somma di singoli
frammenti, fornita da singoli fotodiodi, perfettamente indipendenti tra loro. Qualunque
cosa accade ad un fotodiodo non fa alcuna differenza per tutti gli altri. Se dividessimo in
due il sistema, esso continuerebbe a funzionare nello stesso e identico modo. Ciò accade
perché nella scatola della telecamera non c’è una singola unità che ha a disposizione
miliardi di stati, ma semplicemente un milione di fotodiodi, ossia un milione di singole
entità con due stati ciascuna. Se dividessimo in due un cervello, invece, la situazione
sarebbe completamente diversa. In questo caso, infatti, si genererebbero due coscienze.
Nei pazienti affetti da forme gravissime di epilessia, in passato, si arrivava a tagliare il
corpo calloso per divide i due emisferi cerebrali. In questo modo, la crisi epilettica
originatasi in un emisfero, senza quell’autostrada di circa duecento milioni di fibre,
(rappresentata dal corpo calloso) non riusciva a propagarsi all’altro emisfero. Il risultato
era il cosiddetto “split-brain” (cervello diviso). I soggetti presentavano due esperienze
coscienti separate all’interno dello stesso corpo. L’emisfero di sinistra parlava, quello di
destra era più bravo a disegnare o a riconoscere l’espressione dei volti. Ciascun
emisfero aveva le proprie esperienze private ma l’esperienza unitaria era
irrimediabilmente persa. (Tononi, 2013)
Se si dividesse la fotocamera in 10 parti o in un milione di parti il suo funzionamento
continuerebbe ad essere lo stesso, ma se si facesse una cosa simile con il cervello la

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coscienza perderebbe la sua integrazione poiché il suo funzionamento è irriducibile
all’azione delle singole parti che lo compongono.
L’integrazione

delle

informazioni,

secondo

la

IIT

può

essere

quantificata

matematicamente. Il simbolo dell’informazione integrata è ɸ (phi) considerato da
sempre come il numero del rapporto aureo, dove la I sta per Informazione e il cerchio
per integrazione.
Una volta compreso che la coscienza è un’esperienza unitaria e irriducibile, dobbiamo
aspettarci che anche all’interno del sistema cerebrale, le strutture che generano la
coscienza formino dei sistemi unitari e non riducibili alle singole parti che li
compongono. “L’esperienza cosciente è integrata – ossia, ogni stato di coscienza
dev’essere esperito come una singola entità. Ciò significa che il substrato dell
coscienza, deve anch’esso costituire una singola entità integrata”. (Tononi, 2013)

Figura 10. 4° POSTULATO: INTEGRAZIONE

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La figura 10 rappresenta un complesso ABC nel suo stato passato, presente e futuro.
Ogni cancello logico passato è collegato agli altri due cancelli logici nel presente; ogni
cancello logico nel presente è collegato agli altri due nel futuro. Ciò genera un sistema
complesso e integrato nel tempo che (come visto nel postulato dell’informazione)
produce una quantità d’informazione proporzionale alla quantità di vincoli causali
imposti dal passato e dal futuro del complesso ABC. Questa fitta rete di connessioni,
che prende in considerazione anche lo stato passato e futuro del sistema, genera un
complesso unitario e integrato che può produrre un’esperienza cosciente altrettanto
unitaria e integrata. Il funzionamento integrato di questo sistema è correlato con
un’esperienza cosciente unitaria e continua nel tempo. Ciò che proviamo nel momento
presente non è, infatti, completamente svincolato dal passato e dal futuro, poiché
l’esperienza cosciente segue una certa direzione temporale, riscontrabile anche a livello
del funzionamento neuronale.
Tagliare una sola delle connessioni all’interno del sistema riportato in figura,
danneggerebbe la quantità d’informazione integrata ɸ. Anche tagliando il meccanismo
che fa la minima differenza all’interno del complesso, il livello di ɸ decrescerebbe.
La partizione minima informativa (MIP) è la partizione che causa la diminuzione più
contenuta di ɸ rispetto a qualsiasi altra partizione. Ciò significa che “è la partizione che
fa la minima differenza per i repertori di causa ed effetto che sono indicati da linee
tratteggiate nel sistema spiegato in figura (10)”.(Masafumi Oizumi, 2014)
L'informazione integrata ɸ è quantificata misurando la distanza tra il repertorio della
causa specificato dall'intero meccanismo e il meccanismo partizionato. In altre parole, ɸ
è dato dalla distanza “D” tra il meccanismo preso interamente e il meccanismo preso in
maniera partizionata.
Per comprendere meglio la situazione entriamo all’interno della figura 10 e prendiamo
in considerazione ABCc (attuale) e ABCf (futuro). Nel repertorio degli effetti (effect
repertoire) è riportata una sola colonna nera, la quale specifica che al tempo futuro (t+1)
lo stato di ABC sarà sicuramente 001. Lo stato attuale di ABC, dunque, fornisce
abbastanza informazioni da poter prevedere il suo stato futuro. L’esclusione di tutti gli
altri possibili stati futuri (eccetto 001) fornisce un livello elevato d’informazione. Il

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cancello logico Cf (futuro) è uno XOR e riceve input da Ac e da Bc (attuali); essendo A
acceso e B spento, è inevitabile che Cf si accenda.
La situazione cambia quando, invece, eseguiamo il partizionamento minimo MIP
escludendo le connessioni verso il cancello logico Bf (come contraddistingue la linea
tratteggiata in verde). In questo caso, infatti, Bf (futuro) è svincolato dagli input di Ac e
Cc, dunque, non possiamo affermare (come nel repertorio degli effetti) che il valore di
ABCf sarà sicuramente 001, poiché Bf potrebbe essere sia acceso, sia spento. Ciò
significa che, anche se è più probabile che si verifichi la condizione futura in cui gli stati
di ABCf sono pari a 001, potrebbe verificarsi anche la condizione in cui ABC f è 011
(come riportato dalla seconda colonna nera nel repertorio degli effetti in MIP).
L’informazione, in questo secondo caso, è minore, poiché maggiori sono gli stati
possibili del sistema.
L'identità fondamentale della IIT è collegata molto al concetto dell’Informazione
Integrata. Secondo la IIT, infatti, la qualità o il contenuto della coscienza è specificato
dalla struttura del substrato fisico della coscienza e la quantità di coscienza corrisponde
alla sua irriducibilità (informazione integrata ɸ). (Tononi, 2016)

2.5 Esclusione

Secondo l’assioma dell’esclusione, l’esperienza cosciente ha dei confini sia dal punto di
vista dei contenuti, che dal punto di vista spazio-temporale. Essa, infatti, ha un
contenuto definito ed avviene in un preciso lasso temporale. In altre parole, la coscienza
esclude tutto ciò che non fa parte di essa; ciò le conferisce una forma definita nei
contenuti e nel tempo.
Se la coscienza esclude ciò che non è contenuta in essa in un particolare lasso di tempo,
dobbiamo aspettarci che, anche a livello neurale la coscienza dipenda da una specifica
conformazione funzionale che ne esclude altre all’interno di un determinato lasso di
tempo. Dalla prospettiva intrinseca del sistema, ciò è traducibile rifacendosi ai repertori
delle cause e degli effetti. Secondo la IIT, infatti “Un meccanismo può avere solo una

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causa e un effetto, quelli che sono massimamente irriducibili; altre cause ed effetti sono
esclusi” (Giulio Tononi, 2016).

Figura 11. Scelta della causa di un meccanismo

La causa principale di un meccanismo dalla sua prospettiva intrinseca è il suo repertorio
di cause massimamente irriducibile (MIC). Il concetto di causa è inteso come una
distribuzione di probabilità degli stati passati di un sistema. Si consideri ad esempio il
meccanismo BC=00 nella figura 11. Per trovare la causa principale di BC, è necessario
valutare il repertorio causale (ɸ causale) di tutte le versioni precedenti del set da cui
potrebbe essere stato alimentato P = {Ap, Bp, Cp, ABp, ACp, BCp, ABCp}. In questo caso
BCc/ABp ha il valore più alto di ɸcausale(P|BCc=00)=0,33 dove la P rappresenta i
potenziali passati. Il corrispondente repertorio causale irriducibile è quindi la causa
principale di BC=00. L'effetto di base è valutato allo stesso modo: è il repertorio
dell'effetto massimamente irriducibile di un meccanismo con ɸ degli effetti(F|BCc=00),
dove F indica l’insieme dei potenziali stati futuri. Un meccanismo che specifica una
causa ed un effetto massimamente irriducibili (MICE) costituisce un concetto.
(Masafumi Oizumi, 2014).
Per comprendere la motivazione dietro al postulato dell’esclusione, possiamo applicarlo
a un singolo meccanismo, considerando un neurone con diverse sinapsi, di cui alcune
forti e altre deboli.

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Figura 12. 5° postulato: esclusione

Il postulato di esclusione richiede, innanzitutto, che esista un'unica causa che possa
spiegare lo stato attuale di un meccanismo. Il singolo neurone, dalla sua prospettiva
intrinseca potrebbe attivarsi sia a causa di sinapsi forti, che di deboli, oppure potrebbe
attivarsi a causa di sinapsi sia deboli che forti, oppure a causa delle sinapsi più i
recettori del glutammato o ancora per mezzo dell’azione dei raggi cosmici. Non
possiamo tuttavia attribuire tutte queste cause, altrimenti il repertorio causale
tenderebbe all’infinito. Il principio dell’esclusione riconduce alla visione del Rasoio di
Occam, secondo cui non occorre trovare più cause di quelle che riescono già a spiegare
un dato fenomeno. Applicando tale principio a questa situazione, non possiamo
attribuire l’attivazione del neurone sia all’afferenza di sinapsi deboli, sia a quella di
sinapsi forti, sia all’azione dei recettori del glutammato.(Oizumi, 2014) Infatti, anche se
tutte questi fattori potrebbero, effettivamente, attivare il neurone, in realtà la sua
attivazione è collegata a un’unica causa e non a tutte le possibili cause che potrebbero
giustificare tale situazione. Inoltre, sappiamo che, nel caso della coscienza, la causa è
quella massimamente irriducibile, ossia quella che forma un sistema collegato all’intero
meccanismo, la cui somma è superiore alle singole parti che formano il sistema. Tutto
ciò, tradotto a livello neurale, significa che possiamo attribuire la causa dell’attivazione
di un meccanismo, a quegli output del neurone che, se eliminati con un

33

partizionamento, farebbero la differenza maggiore per il sistema. Nella figura riportata
le cause sembrano essere S1 e S2 che hanno il valore maggiore di ɸ causale (0,44).
Le cause e gli effetti prese in considerazione, sono quelle che generano la quantità
massima d’informazione integrata, all'interno dello stesso insieme che include passato
(P) e futuro (F). La quantità d’informazioni integrate generate dal sistema è il valore
minimo tra le cause e gli effetti espressi nel loro massimo valore.
Ricapitolando, secondo il principio di esclusione, un’esperienza è definita nel suo
contenuto e nel suo spazio-tempo. La durata dell’istante di coscienza è definita e va da
poche decine di millisecondi a qualche centinaio di millisecondi. Inoltre, anche la
struttura causa-effetto deve essere definita. Quest’ultima deve, infatti, specificare un
repertorio finito di repertori causa-effetto su un determinato insieme di elementi, in un
preciso lasso temporale. (Tononi, 2016)

34

3. LO SPAZIO-TEMPO

3.1 Tempo assoluto e tempo relativo

Per comprendere i problemi dello studio sulla coscienza e per poterne trovare una
soluzione, potrebbe essere utile partire da quegli stessi problemi che la fisica moderna
ha incontrato nello studio dei fenomeni naturali. Nel corso dell’ultimo secolo, infatti, la
fisica si è ritrovata a dover mettere in discussione il suo approccio e le sue teorie, fin
dalle basi più profonde di spazio e di tempo.
“La fisica moderna ha confermato nel modo più drammatico (...) che tutti i concetti che
utilizziamo per descrivere la natura sono limitati; non sono aspetti della realtà come
tendiamo a credere, ma creazioni della mente”. (Capra, 1982) Ciò che raggiungiamo
con la logica si modifica con l’espandersi dell’esperienza. La conoscenza del mondo è
possibile in relazione a schemi interni che seguono una logica interna. La coscienza non
esperisce il mondo nella sua interezza, ma in relazione alla propria struttura intrinseca.
Le reti neurali creano delle conformazioni fisiche, le quali riescono a percepire il mondo
internamente. Seconto Damasio, la capacità del nostro corpo di trasformare l’ambiente
esterno in mappe neurali, è essenziale per lo sviluppo della coscienza. Inoltre, oltre a
mappare gli stati corporei, il cervello può anche trasformarli, al fine di simulare quelli
che non si sono ancora verificati. “Attualmente nella fisica moderna i fisici sono
arrivati a comprendere che tutte le loro teorie dei fenomeni naturali sono creazioni
della mente dell’uomo; proprietà della nostra mappa concettuale della realtà” (Capra,
1982).
C’è una differenza innegabile tra la realtà oggettiva e la realtà soggettiva. Per
comprendere meglio tale affermazione può essere utile fare un esempio partendo dal
modo in cui la coscienza di un individuo percepisce la luce.

35

Figura 13. Spettro visibile e spettro invisibile

Nella figura 13 è riportato l’intero spettro di luce. Tra i raggi infrarossi e quelli UV
troviamo una piccola zona colorata che rappresenta lo spettro di luce visibile all’essere
umano. Anche se nella realtà esistono diverse frequenze di luce, la coscienza di un
essere umano può percepirne solo una frazione. Ciò comporta una differenza sostanziale
tra la realtà di luce esterna e la consapevolezza che la mente ne ha. La struttura della
mente costruisce in modo attivo la realtà e non ne ha una visione oggettiva e totale. Solo
determinate frequenze e determinate lunghezze d’onda possono essere captate
dall’occhio affinché si generi un’esperienza cosciente di esse. La stessa cosa vale per le
frequenze sonore, le quali non possono essere percepite se non in maniera parziale. In
altre parole, la mente ha dei limiti di percezione sulla realtà (derivanti anche dalla
conformazione fisica degli organi di percezione).
Questi sono solo alcuni degli esempi che portarono i fisici a comprendere che la visione
cosciente del mondo è parziale, e che ogni approccio verso la sua conoscenza è
influenzato dalla struttura della coscienza stessa. Ciò vale per la luce, ma anche per il
suono, per il gusto, per il tatto e perfino per la struttura stessa dello spazio-tempo.
La fisica classica era fondata sull’idea di uno spazio assoluto, tridimenzionale,
indipendente dagli oggetti materiali in esso contenuti e regolato dalle leggi della
geometria euclidea. Anche il tempo era inteso come assoluto, cioè come un flusso che
scorreva in maniera omogenea, uniforme e indipendente dal mondo materiale. “Fu

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necessaria l’opera di Einstein affinché scienziati e filosofi si rendessero conto che la
geometria non è inerente alla natura, ma è imposta a essa dalla nostra mente”. (Capra,
1982)
La nuova concezione di spazio e di tempo si basa sulla scoperta che tutte le misure di
spazio e di tempo sono relative. Per quanto riguarda la relatività dello spazio, tale
concezione non costituiva nulla di nuovo, poiché, anche prima di Eistein, era noto che
per identificare la posizione di un oggetto nello spazio, era necessario prendere come
riferimento un altro oggetto. In altre parole, non si può individuare la posizione di un
oggetto in relazione a se stesso, ma bisogna farlo sempre in relazione ad un altro punto
di riferimento nello spazio.
Einstein affermò che anche il tempo dipende dall’osservatore ed è, dunque, relativo.
Secondo il fisico americano Fritjof Capra, nella vita quotidiana, l’impressione di poter
ordinare gli eventi in un’unica sequenza temporale, è creata dal fatto che la velocità
della luce (300.000 chilometri al secondo) è tanto grande rispetto a qualsiasi altra
velocità della quale possiamo avere un’esperienza diretta, da poter supporre che stiamo
osservando gli eventi nell’istante stesso in cui avvengono. La luce impiega un certo
tempo per andare dall’evento all’osservatore. Il lasso di tempo tra lo svolgersi di un
evento e la sua osservazione è decisivo affinché la coscienza ne comprenda la sequenza
temporale. Ad esempio, la luce del sole impiega, mediamente, 8,31 minuti per arrivare
sulla Terra. Ciò significa che un essere cosciente che si trova sulla Terra vede il sole di
8,31 minuti prima. E’ evidente che la coscienza della realtà è in ritardo rispetto alla
realtà stessa, sia perché la luce, il suono e qualsiasi altro elemento percepito, impiegano
un certo tempo per giungere fino al nostro corpo, sia perchè il cervello ha bisogno di un
certo tempo per elaborare le informazioni al fine di tramutarle in un’esperienza
cosciente. Secondo la relatività “eventi che per un osservatore possono apparire
simultanei, possono avvenire in differenti sequenze temporali per un altro osservatore.
A velocità ordinarie gli effetti sono talmente contenuti da non poter essere rilevati, ma
quando ci si avvicina a velocità simili a quelle della luce, essi danno luogo a effetti
misurabili”. (Capra, 1982)
Questa concezione del tempo porta ad abbandonare il concetto di spazio assoluto
sostenuto dalla fisica cosiddetta newtoniana che immaginava lo spazio come contenente

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una definita configurazione di materia in ogni istante. Tuttavia non possiamo affermare
che in un dato istante ci sia una definita quantità di materia nell’universo, poiché la
simultaneità è un concetto relativo, strettamente dipendente dallo stato di moto
dell’osservatore.
In pratica la teoria della relatività ha dimostrato che i concetti di spazio e di tempo non
sono assoluti, bensì relativi. La teoria della relatività portò alla fusione dei concetti di
spazio e di tempo: “insieme con le tre coordinate spaziali, bisogna incorporare il tempo
come quarta coordinata che dev’essere specificata in relazione all’osservatore”
(Capra, 1982) Nell’inserire il tempo all’interno delle coordinate spaziali, viene
specificato il ruolo dell’osservatore, cioè di un essere che fa esperienza di un dato
fenomeno con la propria coscienza. All’inteno di questa visione, oltre ad aver aggiunto
il tempo alle dimensioni spaziali, Einstein inserì un quinto elemento che è passato
inosservato per anni: la coscienza. In effetti, l’intera teoria della relatività si basa sulla
modificazione della concezione assolutista di spazio e di tempo, in relazione alla diversa
esperienza che ne farebbero osservatori (dunque, coscienze) che guardano da
prospettive differenti. Potremmo affermare che la differenza sostanziale tra la fisica
della relatività e la fisica classica risiede nel fatto che la prima concepisce l’universo
attraverso l’osservazione di differenti coscienze che lo esperiscono da molteplici punti
di vista, mentre la seconda concepisce la natura a partire da una sola prospettiva
assolutista. La relatività si fonda sulla posizione di un differente punto di riferimento,
che concepisce l’universo dalla propria prospettiva interna, in modo differente rispetto
alla concezione che ne avrebbe un altro osservatore da un’altra collocazione spaziotemporale. All’interno di quest’ottica “ogni variazione del sistema di coordinate
(ovvero ogni variazione della posizione di un sistema percettivo dell’universo)
ricombina spazio e tempo in un modo matematicamente ben definito. (...) Spazio e
tempo sono profondamente connessi e formano un continuo quadridimensionale
chiamato spazio-tempo” (Capra, 1982)
I concetti di spazio e di tempo sono talmente fondamentali per la descrizione dei
fenomeni naturali, che la loro modificazione comporta un cambiamento nell’approccio
con cui la scienza descrive la natura. E’ inevitabile che tale mutazione comporti diverse
implicazioni, anche per quanto concerne la spiegazione della coscienza. Solo negli

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ultimi decenni sono state sviluppate delle teorie riguardo la spiegazione della coscienza;
è, dunque, comprensibile come, finora, gli studi riguardo le conseguenze della relatività
sulla coscienza siano stati abbastanza trascurati. Tuttavia, avendo a disposizione diverse
teorie per la comprensione della coscienza, e valutando la possibità di effettuare calcoli
matematici con alcune di esse (com’è possibile fare con la IIT), potrebbe essere giunto
il momento di effettuare una prova, al fine di valutare le implicazioni derivanti da una
sovrapposizione delle teorie sulla coscienza con le teorie sullo spazio-tempo.
Grazie all’evidente connessione tra le strutture cerebrali e gli aspetti fenomenologici
della coscienza, gli studi finora in atto si concentrano prettamente sui correlati neurali
(NCC). Ciò non toglie che esista un’altra connessione da prendere in considerazione,
derivante proprio da un dato di fatto, ossia da un’assioma: la coscienza risiede
all’interno dello spazio-tempo. La connessione tra la coscienza e lo spazio-tempo è
diretta tanto quanto lo è quella con il proprio substrato fisico, poiché è proprio la
connessione della coscienza al tessuto spazio-temporale a farla emergere per mezzo
della materia. La materia è intesa come un ripiegamento del tessuto spazio-temporale e
quando lo spazio-tempo si “deforma” in modo da produrre informazione integrata,
fuoriesce la coscienza.
La coscienza è, dunque, connessa alla materia e allo spazio-tempo in maniera
interdipendente. Ed essendo lo spazio ed il tempo misure relative, dobbiamo aspettarci
che anche la coscienza assuma valori relativi, in base alle connessioni con il tessuto
spazio-temporale.

3.2 La teoria della relatività ristretta

Nel comprendere la relatività bisogna partire dal presupposto che l’universo è pieno di
orologi, di innumerevoli tipi diversi.
“Siamo così abituati a guardare il quadrante con le lancette o il display digitale, che
tendiamo a vederlo come l’elemento chiave dell’orologio. In realtà l’elemento cruciale
è l’oggetto il cui stato cambia in maniera ritmica al passare del tempo.” (Styler, 2012).
L’orologio che molti portano al polso, ad esempio, sfrutta le oscillazioni di un cristallo

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di quarzo, che un circuito elettronico elabora per produrre un valore digitale, ma molti
altri orologi non hanno un quadrante. “Il sole, ad esempio, segna 24 ore dal momento in
cui si trova all’altezza massima in un certo giorno, a quello in cui raggiunge la stessa
altezza il giorno seguente”. (Styler, 2012)
Il primo principio della relatività riguardò la relatività di moto e fu formulato gia dal
1632 da Galileo che descriveva il modo in cui i pesci in un acquario, all’interno di una
nave che si muoveva secondo un moto rettilineo uniforme, si muovessero liberamente in
tutte le direzioni, proprio come avrebbero fatto se la nave fosse stata ferma.
“Riserratevi

con

qualche

amico

nella maggiore stanza, che

sia

sotto coverta

di alcun gran navilio, e quivi fate d`haver mosche, farfalle e simili animaletti
volanti: siavi anco un gran vaso d`acqua, e dentrovi de pescetti; sospendasi anco in
alto qualche secchiello, che a goccia a goccia vadia versando dell`acqua in un altro
vaso di angusta bocca, che sia posto a basso; stando ferma la nave osservate
diligentemente, come quelli animaletti volanti con pari velocità vanno verso tutte le part
i della stanza; i pesci si vedranno andar notando indifferentemente per tutti i versi; le
stille cadenti entreranno tutte nel vaso sottoposto; e voi gettando all’amico alcuna
cosa,non più gagliardamente la dovrete gettare verso quella parte,che verso questa,qua
-ndo le lontananze sieno eguali; e saltando voi,come si dice, a

piè

giunti,

eguali

spazii passerete verso tutte le parti. Osservate, che havrete diligentemente tutte queste
cose, benchè niun dubbio ci sia, che mentre il vassello stà fermo non debbano succeder
così; fate muover la nave con quanta si voglia velocità; che (pur che il moto sia uniform
e, e non fluttuante in qua, e in là) voi non riconoscerete una minima mutazione in tutti li
nominati effetti; nè da alcuno di quelli potrete comprender se la nave cammina, o pure
stà ferma.” (Galilei, 1632)
Attraverso la sua immaginazione Galileo formulò il principio della relatività di moto,
secondo cui un osservatore interno a un contesto di riferimento che si muove secondo
un moto rettilineo uniforme, non può accorgersi di essere in movimento, poiché nessun
esperimento può consentire di distinguere un sistema di riferimento da un altro che
viaggia secondo un moto rettilineo uniforme. In effetti, anche la Terra ruota su se stessa
a velocità elevate (circa 1670km/h a livello dell’equatore) e gira intorno al sole a
velocità elevatissime (una media di circa 106.000km/h). Inoltre ruota intorno al centro

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della Via Lattea a una velocità stimata di circa 792.000Km/h e si muove rispetto al
centro dell’universo ad una velocità esorbitante, che supera di gran lunga la velocità di
spostamento rispetto al centro della Via Lattea. Tuttavia, nonostante queste elevate
velocità, quando sediamo sulla nostra scrivania o compiamo le azioni di tutti i giorni,
tutto sembra essere fermo, poiché, secondo il principio di relatività di moto, ciò che
conta è il sistema di riferimento. La Terra viaggia a 4 velocità diverse a seconda del
sistema di riferimento che prendiamo in considerazione, ma la nostra scrivania è ferma
rispetto a noi stessi, come lo sono le mura della nostra stanza o i dipinti appesi sulle
pareti, ed è per questo che ci sembra di rimanere fermi.
L’unica eccezione al principio di relatività di moto è data dalla luce, la cui velocità è
identica in tutti i sistemi di riferimento, qualunque sia la velocità della sorgente. La
velocità della luce è definita con la lettera “c” ed è pari a circa 300.000km/s. Tale
velocità rimane invariata a prescindere dal fatto che il fascio di luce provenga da un
oggetto fermo o da uno in movimento.
La Teoria della relatività di Einstein si divide in “Teoria della relatività ristretta” e
“Teoria della relatività generale”. Questa tesi si concentrerà solamente su una parte
della relatività ristretta, al fine di comprenderne le possibili relazioni con la Teoria
dell’Informazione Integrata di Tononi.
Il professor Daniel Styer racchiude la Relatività ristretta in tre semplici affermazioni:
-

Gli orologi in moto ticchettano lentamente (dilatazione del tempo);

-

Gli oggetti in moto sono accorciati (contrazione delle lunghezze);

-

Due orologi in moto verso la stessa direzione non sono sincronizzati
(sincronizzazione degli orologi).

La Teoria della relatività ristretta si divide in tre principi, riassumibili con le tre
affermazioni sopra citate. Ciò su cui verterà questa tesi è la dilatazione del tempo,
secondo cui gli orologi in moto, rispetto a un sistema di riferimento, battono il tempo
più lentamente di quelli fermi (sempre rispetto allo stesso sistema di riferimento). Tale
principio deriva proprio dall’inestricabile connessione tra spazio e tempo che forma un
unico tessuto spazio-temporale.

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Quando si è seduti sulla sedia della propria scrivania, si può affermare di essere fermi,
tuttavia ciò può essere relativamente vero solo in relazione allo spazio, ma non in
relazione al tempo. Quando si è fermi nello spazio, non lo si è anche nel tempo. Anche
quando si è immobili, tutti gli orologi continuano a muoversi. Secondo la relatività,
quanto più ci si muove nello spazio, tanto meno ci si muove nel tempo. Ciò significa,
che un orologio al polso di una persona che cammina, batterà il tempo più lentamente
rispetto a un orologio al polso di una persona ferma. Naturalmente gli effetti a tali
velocità solo talmente minimi da essere del tutto trascurabili, tuttavia, all’aumentare
della velocità con cui si muove un orologio, gli effetti diventano più evidenti.
“Ad esempio, se per i nostri orologi passa un’ora, per un orologio che si muove:
-

A metà della velocità della luce, passano 51,96 minuti;

-

A 3/5 della velocità della luce, passano 48 minuti;

-

A 4/5 della velocità della luce, passano 36 minuti;

-

Al 99% della velocità della luce, passano 8,5 minuti”. (Styler, 2012)

L’esempio più noto per spiegare la teoria della relatività è sicuramente quello dei due
gemelli. Se di una coppia di gemelli uno rimanesse sulla Terra, mentre l’altro partisse
per un viaggio a velocità prossime a quelle della luce, al suo rientro il gemello
“viaggiatore” risulterebbe più giovane del fratello. Ciò accade perché dal punto di vista
del gemello rimasto sulla Terra, gli orologi del fratello viaggiatore battono il tempo più
lentamente. “Il battito del cuore, il flusso del sangue, le onde cerebrali, ecc
risulterebbero rallentati durante il viaggio”. (Capra, 1982) Naturalmente il viaggiatore
non si renderebbe conto della lentezza con cui passa il tempo, poiché dal suo punto di
riferimento tutto rimane invariato; tuttavia, al suo ritorno, troverebbe il fratello più
vecchio.
Le prove a sostegno della relatività sono prettamente di due diversi tipi: quelle che
fanno viaggiare a velocità elevate orologi artificiali accuratissimi e quelle svolte, invece,
con orologi naturali come le particelle subatomiche che viaggiano a velocità prossime a
quelle della luce.

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Ad esempio, una particella chiamata “muone” è una sorta di orologio, poiché, una volta
creato, vive 2,198 ± 0.002 microsecondi, poi decade in un elettrone. Ciò, però, accade
solo quando il muone è fermo rispetto al laboratorio. In un esperimento del CERN, i
muoni erano in movimento con velocità V=0,999418c rispetto al laboratorio e la durata
della loro vita media risultava di 64,37 ± 0,03 microsecondi. (Styler, 2012) Ciò non
significa che cambia la vita reale della particella, perché la sua vita media, dal suo punto
di vista, sarà sempre la stessa; ma dal punto di vista dell’osservatore nel laboratorio,
l’orologio interno della particella ha rallentato, facendo sembrare la sua vita media
“dilatata” rispetto all’osservatore stesso.
E’ possibile comprendere con molta facilità la relazione di dilatazione del tempo con
una semplice formula, derivante dalle trasformazioni di Lorenz, le quali descrivono in
che modo cambiano velocità, distanze e tempi tra un sistema di riferimento inerziale e
uno in moto rettilineo uniforme rispetto ad esso. In altre parole, spiega in che misura
all’aumentare della velocità di un oggetto (rispetto al nostro sistema di riferimento) il
tempo si dilata. La formula è la seguente:
T0 = T 1  (V / c) 2
Dove T0 è il Tempo che passa dal punto di vista di un orologio nel suo riferimento, T è
il Tempo che passa dal punto di vista dell’orologio in movimento rispetto all’orologio
fermo all’interno del sistema di riferimento considerato, V è la velocità alla quale
viaggia l’orologio e c è la velocità della luce. Da tale formula possiamo ricavare la
formula inversa per trovare T:
T=

To
1  (V / c) 2

Per fare un esempio, torniamo all’affermazione fatta precedentemente, secondo cui se si
viaggia a 3/5 di c, il tempo scorre più lentamente rispetto al proprio sistema di
riferimento. Ciò significa che:
T0 = 60min  1  ( 3  c) 2 = 60min  0,8 = 48 min
5

43

Come previsto in precedenza, un’ora, dal punto di vista di un orologio che viaggia a 3/5
di c, equivale a 48 minuti. In altre parole, se sincronizzassimo gli orologi con un nostro
amico che parte per un viaggio ad una velocità pari a 3/5 di quella della luce, e se
tornasse dopo un’ora (del nostro orologio), per lui sarebbero passati solo 48 minuti.
Effettivamente il nostro orologio segnerebbe 60 minuti, mentre quello del nostro amico
48 minuti. Ciò non vale solo per l’orologio che porta al polso, ma anche per il suo
orologio biologico. Egli, infatti, risulterebbe più giovane di 12 minuti e, molto
probabilmente, avrebbe un’esperienza cosciente di 12 minuti in meno rispetto alla
nostra.
Per fare un esempio del calcolo di T, possiamo, invece, partire dal calcolo della vita del
muone, ma questa volta non rispetto al proprio riferimento, ma in relazione ad un
osservatore esterno, rispetto al quale si muove. La vita media del muone equivale a
2,198±0.002 microsecondi, dunque, se questo viaggiasse ad una velocità di
V=0,999418c (velocità raggiunta nei laboratori del CERN) dovremmo aspettarci che:
T=

2,198  0,002
1  (0,999418) 2

= 64,43  0,06

In effetti la vita media misurata dei muoni in movimento, a tale velocità, è stata proprio
di 64,37±0,03. Ciò non significa che il muone vive più a lungo, poiché dal proprio
punto di riferimento (T0) la sua vita media rimane del tutto invariata, tuttavia dal punto
di vista di un osservatore esterno (rispetto al quale il muone si muove) la sua vita
sembrerà più lunga perché il tempo, a tali velocità, è palesemente dilatato.
Questo elaborato si propone di trovare una congiunzione tra gli effetti della Teoria della
relatività (e in particolar modo della dilatazione del tempo) e la Teoria
dell’Informazione Integrata di Tononi, partendo dal presupposto che l’identificazione di
un substrato fisico della coscienza, comporti un’inevitabile modificazione della
coscienza stessa in relazione alla struttura dello spazio-tempo.

44

4. UNA COSCIENZA RELATIVISTICA: UNO SGUARDO OLTRE LA SCATOLA
CRANICA

4.1 La coscienza all’interno dello spazio-tempo: una prospettiva relativistica

La teoria dell’informazione integrata tende a comprendere la coscienza sulla base del
funzionamento dei suoi correlati neurali. In quest’ottica la coscienza è ciò che deriva dal
funzionamento della materia. Quando la materia assume una certa conformazione fisica
e un determinato funzionamento, concepisce uno stato cosciente. Allo stesso modo,
possiamo affermare che ad ogni conformazione materiale (che produce informazione
integrata), corrisponde uno stato di coscienza. Quanto più la materia assume
un’organizzazione volta a produrre una quantità elevata d’informazione integrata, tanto
più il sistema sarà cosciente.
Almeno per adesso, non è compito della scienza rispondere a perché tutto ciò accada,
bensì analizzare attentamente in che modo.
Concepire la coscienza come informazione integrata, comporta numerose ripercussioni.
Le neuroscienze hanno, ormai, accertato che vi è un’ampia correlazione tra il
funzionamento di specifiche aree cerebrali e lo svolgimento di determinate attività
legate alla coscienza. Tutto ciò che riguarda l’esperienza cosciente, come guardare un
volto o immaginare di camminare nella propria casa, ha un corrispettivo fisico,
riscontrabile nel funzionamento cerebrale. Il cervello sembra essere il punto di
congiunzione tra il contenuto astratto dei pensieri e la fisicità del mondo.
Utilizzando l’EEG, ad esempio, è possibile rilevare un evidente cambiamento nella
frequenza di scarica dei neuroni quando il soggetto analizzato è in uno stato di sonno
profondo, rispetto a quando si trova in uno stato di veglia. (Tononi, 2013)
Utilizzando la TMS in relazione all’EEG, è evidente come la risposta del cervello a uno
stimolo elettrico proveniente dall’esterno, si diversifica in base allo stato cosciente del
soggetto al momento della scarica. Se il soggetto dorme, la scarica è indifferenziata e
casuale, mentre quando è attivo, la risposta è differenziata e organizzata. (Tononi, 2013)

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Le attuali neuroscienze sembrano fornire una quantità elevata di prove empiriche a
favore della correlazione tra il funzionamento della materia (organizzata sottoforma di
sistema cerebrale) e i contenuti della coscienza. Un’affermazione di questo tipo
comporta diverse conseguenze. Tra queste, è particolarmente interessante pensare a cosa
succede quando poniamo in relazione la coscienza con gli effetti legati alla teoria della
relatività ristretta e, in particolar modo alla dilatazione del tempo. Che cosa accade alla
coscienza quando entrano in gioco le forze della relatività? I livelli di coscienza si
modificano in base alla velocità alla quale viaggia un sistema che produce informazione
integrata? Esiste una velocità limite oltre la quale la coscienza non può esistere?
Concepire la coscienza come derivante dalla materia, comporta la necessità di
analizzare attentamente tutte le conseguenze che ne derivano. Se si tratta la coscienza
come derivante da una particolare conformazione della materia, è doveroso
comprendere a fondo la situazione, analizzandone anche le eventuali conseguenze che
l’applicazione di leggi, già ampiamente note nella Fisica, potrebbe avere sulla
coscienza, la quale, ormai, non può più essere trattata come un oggetto isolato e
scollegato da tutto il resto dell’universo.
Già nel 2003, Tononi poneva in essere dei dubbi sul ruolo dello spazio e del tempo
riguardo la coscienza. Era, infatti, incerto sullo spazio dimensionale degli elementi,
nonché sul lasso di tempo (da lui definito grana temporale) da prendere in
considerazione per il calcolo del PHI. “Abbiamo fatto un gran parlare di complessi,
complessità, midpartizioni, di sotto insiemi, di elementi e via dicendo, ma non ci siamo
mai presi il disturbo di specificare se gli elementi in questione siano atomi, molecole,
cellule, aree cerebrali, interi cervelli, interi organismi, città, pianeti, stelle. Peggio, non
abbiamo neppure speso una parola per discutere un’importante questione teorica: se il
repertorio di stati su cui misuriamo la complessità vada valutato in tempi
corrispondenti a frazioni di secondo, a minuti, a giorni o ad anni”. (Tononi 2003) Il
dilemma di fronte al quale si trovò Tononi nel 2003, sembra essere lo stesso che ha
alimentato la stesura di questo elaborato. Il problema di fondo è comprendere a quali
scale spaziali e temporali identificare i complessi della Teoria dell’Informazione
Integrata, poiché i valori di ɸ variano in relazione a questi riferimenti. Tononi uscì da
tale dilemma affermando che le scale in cui i livelli di complessità risultano essere

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massimi, dovrebbero rappresentare le scale più adatte per suddividere il sistema. Ciò
significa che, secondo la IIT, i massimi livelli di Informazione Integrata si raggiungono
prendendo in considerazione una scala spaziale relativa al funzionamento dei neuroni (e
non di atomi o stelle) e una scala temporale compresa tra una frazione di secondo e un
massimo di 2-3 secondi (e non di miliardesimi di secondo o di millenni). “Ad esempio,
se la complessità raggiungesse il valore massimo considerando neuroni singoli, anziché
minicolonne

di

neuroni,

questi

ultimi

costituirebbero

le

unità

elementari

dell’integrazione dell’informazione nella corteccia.(...) La stessa logica vale per la
grana temporale. I neuroni hanno precise caratteristiche biofisiche, tra cui una certa
velocità di trasmissione degli impulsi nervosi e una certa velocità di risposta agli
impulsi ricevuti. (...) Se perturbassimo il cervello facendo passare solo un milionesimo
di secondo, non succederebbe proprio nulla. (...) Esisterà, dunque, una costante di
tempo, caratteristica del cervello, necessaria perché si possano manifestare
compiutamente le interazioni tra le sue varie parti” (Tononi, 2003).
Considerando che si parla di tempo, una domanda viene spontanea: perché i calcoli sul
ɸ non tengono in considerazione tale misura? Perché la complessità viene misurata sulla
base dell’organizzazione spaziale dei complessi senza prendere in considerazione il
tempo?
Con grande stupore ho appreso come, anche Tononi si sia già posto questa domanda:
“E’ più plausibile che la coscienza sia misurata dalla complessità pura e semplice, o
non invece dalla complessità nell’unità di tempo? E’ informazione integrata o velocità
d’integrazione dell’informazione?(...) Nel primo caso, due sistemi dotati della stessa
organizzazione, ma uno mille volte più lento dell’altro, avrebbero la stessa quantità di
coscienza, anche se l’esperienza cosciente scorresse a velocità diversa nei due sistemi.
Se invece la coscienza corrispondesse alla complessità nell’unità di tempo, seguirebbe
che il primo sistema è mille volte più cosciente rispetto al secondo, perché riesce ad
integrare la stessa quantità d’informazione più rapidamente.(...) Ma

non tutte le

domande possono avere risposta in tempi brevi”.
Attualmente il calcolo del ɸ è effettuato sulla base della conformazione spaziale
inerente un complesso il cui insieme è superiore alla somma delle singole parti che lo

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compongono. Ciò esclude in parte il tempo, poiché dalla sola conformazione spaziale
possiamo trarre un calcolo del PHI. Tuttavia, rimane comunque la nozione di tempo, in
quanto, i livelli d’informazione variano in relazione a quanto lo stato attuale di un
sistema vincola gli stati passati e futuri del sistema stesso. Anche l’integrazione genera
una quantità d’informazione proporzionale alla quantità di vincoli causali imposti dal
passato e dal futuro del complesso. Dunque, pur non essendo calcolato il ɸ nell’unità di
tempo, esso è strettamente connesso al passato, al presente e al futuro di un sistema.
E’ innegabile che il tempo svolga un valore centrale nello sviluppo della coscienza. Ciò
è ancor più deducibile, partendo da un semplice assioma: se il tempo non scorresse, la
coscienza non potrebbe evolversi (a meno che non si consideri lo scorrere del tempo
come la conseguenza del movimento della coscienza all’interno di un tempo fermo).
Inoltre, se il tempo fosse fermo, le strutture cerebrali non funzionerebbero e la quantità
d’informazione integrata sarebbe pari a zero. Lo scorrere del tempo sembra un requisito
fondamentale per l’esistenza della coscienza, per come siamo soliti concepire
l’universo. Un tempo fermo, significherebbe che nessun cancello logico potrebbe
inviare input all’altro; tantomeno che lo stato passato di un sistema possa vincolare
quello futuro per generare informazione.
La dipendenza della coscienza dalla dimensione temporale, ci pone di fronte alla
necessità di misurare la coscienza anche nell’unità di tempo, oltre che in relazione alla
sua conformazione spaziale.

4.2 La coscienza nell’unità di tempo: un ɸ relativo?

Il paradosso dei gemelli è stato sicuramente uno dei più discussi della fisica. Esso
prende in considerazione due gemelli, dei quali uno rimane sulla Terra, mentre l’altro
parte per un viaggio a una velocità prossima a quella della luce. Al suo ritorno, il
gemello viaggiatore troverà il fratello più vecchio rispetto a lui. Ciò dipende dagli effetti
della relatività, che comportano un rallentamento dello scorrere del tempo proporzionale
alla velocità con la quale si muove un sistema.

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