Champs du cerveau, complexité et conscience

Des articles antérieurs se sont concentrés sur le «problème facile» des relations de recherche de conscience entre l'activité mentale et les modèles dynamiques mesurés avec diverses méthodes d'imagerie cérébrale. Ce nouveau post avance des idées de soutien supplémentaires de la neuroscience et de la physique, facilitant notre exploration du «problème difficile», l'origine de la conscience elle-même. Ici, nous nous en tenons à la physique classique (tout ce qui était connu avant 1905). Les posts ultérieurs utiliseront des idées supplémentaires de la physique moderne, y compris l'idée controversée des connexions possibles entre la conscience et la mécanique quantique.

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Les physiciens qualifient souvent les modèles dynamiques de champs , et des idées similaires sont utilisées dans la science du cerveau. Les scientifiques parlent de champs de température, de champs électromagnétiques, de champs gravitationnels, de champs d'information, de champs quantiques, etc. Par exemple, un champ de température indique que la température dépend à la fois de l'emplacement et de l'heure. Dans des cas analogues, les champs cérébraux pourraient représenter des modèles de potentiels d'action dans les neurones individuels, l'activité synaptique, les niveaux d'oxygène, et ainsi de suite dans des masses de tissu cérébral de différentes tailles. Une façon simple de représenter les champs cérébraux consiste à utiliser un «modèle d'arbre de Noël» comme indiqué dans la première figure. Supposons qu'on effectue une tâche mentale. Certaines parties du cerveau peuvent être considérées comme «allumées» de la même manière que les lumières des arbres de Noël. En d'autres termes, une certaine mesure de l'activité cérébrale, typiquement l'électroencéphalographie (EEG) ou l'imagerie par résonance magnétique fonctionnelle (IRMf), répondra lorsque la tâche mentale particulière est exécutée. Alors que cette approche révèle des informations importantes, l'arbre de Noël métaphorique ne fournit qu'un modèle cérébral appauvri. D'une part, un point de vue naïf est qu'une activité mentale de plus haut niveau devrait correspondre à plus de lumières allumées ou à des lumières plus brillantes. Mais, ces cerveaux "chauds" pensent-ils vraiment de grandes pensées? La réponse est non; la métaphore entièrement éclairée de l'arbre de Noël correspond à une crise d'épilepsie, un état cérébral décidément inconscient.

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Une autre question concerne les aspects «dynamiques» des modèles dynamiques ou des champs cérébraux. La conscience nécessite apparemment certains types de structures cérébrales qui persistent pendant au moins une demi-seconde environ. De plus, la conscience est étroitement associée à des types particuliers de rythmes cérébraux, enregistrés sous forme d'oscillations de champ électrique (EEG). Apparemment, les cerveaux doivent être correctement "accordés" pour être conscients. Enfin, il y a la question de la nature multi-échelles des champs cérébraux. Si nous agrandissons de petites régions du tissu cérébral, nous trouvons une structure compliquée et des motifs associés, comme indiqué par les neurones montrés dans la deuxième figure. Ainsi, les champs cérébraux sont constitués de sous-sous-sous-groupes dynamiques à l'intérieur de sous-modèles à l'intérieur de modèles mesurés à différents niveaux organisationnels (échelles). En résumé, la conscience exige évidemment des types spéciaux et des niveaux de complexité dans les champs cérébraux.

Deux interprétations concurrentes des champs cérébraux mesurés à différentes échelles sont évidentes. Premièrement, peut-être que la conscience est codée dans des modèles dynamiques à une échelle de conscience spéciale (l'échelle C). De ce point de vue, les signatures conscientes observées à d'autres échelles sont de simples sous-produits du comportement de champ à l'échelle C «créant l'esprit». Peut-être, par exemple, que la conscience est encodée dans des motifs au niveau du neurone unique, un point de vue adopté par certains scientifiques. La neuroscience, dans cette optique, prend une saveur réductionniste – l'échelle C des neurones individuels est alors le niveau où la conscience «réside» ou est «codée». Une implication de cette vue est qu'un cerveau artificiel composé de quelques centaines de milliards les neurones artificiels, s'ils sont interconnectés de manière appropriée, pourraient atteindre une conscience authentique.

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Une interprétation alternative est qu'aucune échelle de C spéciale n'existe réellement; c'est-à-dire que la conscience est fondamentalement un phénomène multi-échelle. Nous appelons cela la conjecture à plusieurs échelles . Dans cette perspective, la conscience est codée par les modèles dynamiques se produisant à plusieurs échelles. La conscience est alors intimement associée aux interactions à l'échelle croisée, aussi bien ascendantes que descendantes. La conjecture multiéchelle plaide contre des positions philosophiques qui banalisent la complexité de la conscience. En substance, la conscience semble exiger des systèmes au moins aussi complexes que la vie non consciente, qui consiste en des structures multi-échelles interactives – molécules, cellules, systèmes d'organes, etc. Ainsi, deux domaines intellectuels distincts sont proposés dans lesquels la conjecture multi-échelle peut fonctionner. Premièrement, la conjecture multi-échelle doit être prise au sérieux comme une idée autonome, indépendante des questions sur le matérialisme, le dualisme et le problème difficile. Deuxièmement, la conjecture multi-échelle peut fournir un pont provisoire reliant les champs cérébraux à des concepts matérialistes minimaux ou peut-être même non matérialistes sous-jacents au problème difficile.

Pendant de nombreuses années, la plupart des scientifiques du cerveau ont évité la science de la complexité, mais cette omission s'est atténuée au cours des 20 dernières années (voir les exemples de références). La science de la complexité étudie comment les relations entre les petites parties d'une entité donnent naissance au comportement collectif des systèmes à grande échelle et comment ces systèmes globaux émergents interagissent et forment des relations avec des niveaux inférieurs d'organisation et avec l'environnement environnant. Des propriétés entièrement nouvelles émergent à chaque niveau de complexité – la psychologie n'est pas seulement la biologie appliquée; la biologie n'est pas seulement la chimie appliquée; La chimie n'est pas seulement la physique appliquée. Une application notable de la science de la complexité est le développement de compteurs de conscience plus précis, discutés dans un article récent par le neuroscientifique Christof Koch concernant les patients dans le coma ou les états semi-conscients. Cette nouvelle mesure de la complexité est basée sur la stimulation magnétique transcrânienne – le cerveau du patient est zappé avec une forte impulsion de champ magnétique. L'EEG stimulé est enregistré, et un indice de complexité est calculé à partir de ce champ cérébral particulier, fournissant ainsi une mesure importante de la conscience du patient ou son absence. Nous pouvons nous attendre à voir beaucoup plus d'applications de la science de la complexité à la science du cerveau dans un proche avenir.

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