Η συνείδηση είναι έμφυτη ή επίκτητη; Μαθηματική αποκωδικοποίηση του εγκεφάλου

Η επιστήμη επιχειρεί να δώσει απάντηση αν η συνείδηση είναι έμφυτη ή επίκτητη, λέει ο καθηγητής του Cambridge Θανάσης Φωκάς.

Οι πολλαπλές πτυχώσεις του φλοιού του εγκεφάλου, οι αύλακες και έλικες, αποτέλεσαν και αποτελούν μονοπάτια δύσβατα, σκοτεινά και εν πολλοίς μυστηριώδη. Τα μυστικά του ανθρώπινου εγκεφάλου σήμερα ξεδιπλώνονται και ενοχοποιούν την πολύπλοκη αυτή βιολογική δομή ως έδρα και της ανθρώπινης συνείδησης. Το μέγεθος της ενοχής οριοθετεί με ακρίβεια η ακριβής επιστήμη των Μαθηματικών, ενώ ένας από τους αρχιτέκτονες της επιχειρούμενης αποκωδικοποίησης δεν είναι παρά ο πολυβραβευμένος Ελληνας καθηγητής Μη Γραμμικών Επιστημών του Πανεπιστημίου του Cambridge Θανάσης Φωκάς. Οχημά του στον δρόμο προς την εν λόγω αποκωδικοποίηση ένα επίτευγμα που ακούει στο όνομα MEG ή άλλως μαγνητοεγκεφαλογραφία, ένα θαυμάσιο δείγμα της διασταύρωσης εφαρμοσμένου μαθηματικού λογισμού και ανήσυχης ιατρικής σκέψης. Αυτές τις δύο επιστήμες τις διασταύρωσε ο Θανάσης Φωκάς, το νεότερο τακτικό μέλος της Ακαδημίας Αθηνών, όντας ιατρός και μαθηματικός. Για τη διασταύρωση αυτή και τη συνεισφορά της στην κατανόηση του οικοδομήματος που λέγεται ανθρώπινος εγκέφαλος συζήτησα με τον γνώριμο πια καθηγητή μας. Και η κουβέντα μας διήλθε σαν «δυναμικό δράσης» από δενδρίτες, νευρώνες, συνάψεις και ιοντικές διόδους για να καταλήξει με μαθηματική ακρίβεια στον Edelman, τον Gelfand και τον Kandel, περνώντας, φυσικά, από τους δικούς μας μεγάλους Πλάτωνα και Αριστοτέλη...

— Ξέρετε, διάβαζα πως ο Ιπποκράτης αναγνώρισε τον εγκέφαλο ως έδρα ολόκληρης της ανθρώπινης νοημοσύνης αιώνες πριν.

— Ενώ ο Πλάτωνας μίλησε για μια άυλη και άφθαρτη ψυχή. Και εδώ στηρίχθηκε ο φιλόσοφος και μαθηματικός Καρτέσιος, ο οποίος ανέπτυξε τη θεωρία του δυισμού, σύμφωνα με την οποία ο άνθρωπος αποτελείται από res extensa, δηλαδή υλική πραγματικότητα που μπορεί να ερευνηθεί επιστημονικά, και από res cogitans, δηλαδή από νου, που δεν επιδέχεται οποιαδήποτε επιστημονική προσέγγιση εξαιτίας της εξ ορισμού πνευματικής υφής του. Επίσης υπάρχει το πρόβλημα ότι η επιστήμη εξετάζει αντικειμενικά φαινόμενα, ενώ η συνείδηση είναι φαινόμενο καθαρά προσωπικό... Το ερώτημα είναι αν υπάρχει δυνατότητα να αναλύσουμε τις εγκεφαλικές διεργασίες που βρίσκονται πίσω από ένα τόσο προσωπικό φαινόμενο... Εγώ συμμερίζομαι την άποψη ότι μπορούμε...

(Με παραπέμπει ο καθηγητής στα κατορθώματα του μεγάλου νευροεπιστήμονα και βραβευμένου με το Βραβείο Νομπέλ Ιατρικής και Φυσιολογίας του 2000 Eric Kandel για τις σημαντικές ανακαλύψεις του που αφορούν τους μοριακούς μηχανισμούς που ευθύνονται για τη μνήμη και τους μηχανισμούς μάθησης σε κυτταρικό επίπεδο. Ανακαλύψεις που βασίστηκαν στο έργο προγενέστερων, όπως οι Hodgkin και Huxley του Cambridge, έργο που συνολικά αναγνωρίσθηκε και τιμήθηκε με επτά βραβεία Nobel.)

Οπως γνωρίζετε, ο βασικός δομικός λίθος της λειτουργίας του εγκεφάλου είναι ο νευρώνας. Η μετάδοση πληροφορίας εντός νευρώνων επιτυγχάνεται με ηλεκτρικά σήματα και κυρίως με το λεγόμενο δυναμικό δράσης (action potential). Αυτό είναι ένα μη-γραμμικό φαινόμενο, δηλαδή ανήκει στην κατηγορία των φαινομένων που θεραπεύει η έδρα μου στο Cambridge. Η επικοινωνία μεταξύ των νευρώνων γίνεται στις λεγόμενες συνάψεις διά μέσου χημικών ουσιών που ονομάζονται νευροδιαβιβαστές. Ο Kandel, μελετώντας δυναμικά δράσης και νευροδιαβιβαστές συγκεκριμένων νευρώνων, κατόρθωσε να αποσαφηνίσει στοιχεία εκμάθησης. Ιδιαίτερα έδειξε ότι η μακροχρόνια μνήμη απαιτεί δημιουργία καινούργιων συνάψεων, δηλαδή ανατομική αλλαγή στην αρχιτεκτονική των νευρώνων!

Εγκεφαλική απεικόνιση

Μαγνητοεγκεφαλογραφία

- Φαντάζομαι ότι στο σημείο αυτό, τη μοριακή πτυχή συμπληρώνει η μακροσκοπική παρατήρηση, με τη βοήθεια μεθόδων απεικόνισης.

- Ακριβώς. Οι απεικονιστικές τεχνικές του λειτουργικού Μαγνητικού Τομογράφου, του Τομογράφου Εκπομπής Πρωτονίων (PET) και του Τομογράφου Εκπομπής Φωτονίων (SPECT), μας δίνουν τη δυνατότητα να εντοπίζουμε ποιες περιοχές του εγκεφάλου αντιστοιχούν σε μια συγκεκριμένη νοητική διεργασία, όπως για παράδειγμα στη μνήμη. Αυτές οι απεικονιστικές τεχνικές στηρίζονται στη λύση συγκεκριμένων μαθηματικών προβλημάτων που ονομάζονται αντίστροφα προβλήματα. Χρησιμοποιώντας δεδομένα από μετρήσεις αιμοδυναμικών διαφοροποιήσεων, η λύση των αντίστροφων μαθηματικών προβλημάτων οδηγεί στην απεικόνιση των πιο ενεργοποιημένων περιοχών του εγκεφάλου. Υπάρχει, ωστόσο εδώ, ένα σοβαρό ζήτημα που δεν επιτρέπει τη χρησιμοποίηση των τεχνικών αυτών για τη μελέτη της δυναμικής του εγκεφάλου: υπάρχουν πειραματικές ενδείξεις ότι μεσολαβεί χρόνος της τάξεως μερικών δευτερολέπτων από την ενεργοποίηση των νευρώνων μέχρι την αύξηση της ροής αίματος. Ο χρόνος αυτός είναι εξαιρετικά κρίσιμος για τον εγκέφαλο, και δη για το μηχανισμό της συνείδησης, που απ’ ό,τι φαίνεται χαρακτηρίζεται από συγχρονισμό διαφόρων εγκεφαλικών κυκλωμάτων με τη διέγερση νευρώνων σε συχνότητες από 40 έως 80 Hertz.

- Εδώ μάλλον παίρνει τη σκυτάλη η μαγνητοεγκεφαλογραφία...

- Πολύ σωστά. Η διέγερση νευρώνων δημιουργεί ηλεκτρικό ρεύμα και αυτό προκαλεί ένα μαγνητικό πεδίο εκτός του κρανίου, το οποίο είναι δυνατό να ανιχνευθεί σε πραγματικό χρόνο με μια εξαιρετικά ευαίσθητη συσκευή, αυτή του μαγνητοεγκεφαλογράφου. Εδώ το συγκεκριμένο αντίστροφο μαθηματικό πρόβλημα συνιστάται στον υπολογισμό του ρεύματος από τη γνώση του μαγνητικού πεδίου, μόνο που το πρόβλημα αυτό δεν έχει μοναδική λύση, καθώς πολλά διαφορετικά ρεύματα θα μπορούσαν να δημιουργούν το ίδιο μαγνητικό πεδίο. Το ερώτημα είναι ποιο από τα ρεύματα είναι το φυσιολογικό. Επειτα από ερευνητική προσπάθεια δεκαπέντε ετών, την οποία αρχίσαμε με τον Gelfand, στην οποία συμμετείχαν και συμμετέχουν ερευνητές από Αγγλία, Αμερική, Γερμανία και Ελλάδα, και στην οποία σημαντικός είναι ο ρόλος του καθηγητή Γ. Δάσσιου, έχουμε σημειώσει αξιοσημείωτη πρόοδο στη λύση του ανωτέρω αντίστροφου προβλήματος. Βελτιώσαμε τον σχετικό αλγόριθμο, έτσι ώστε να εντοπίζει περιοχές ενεργοποίησης του εγκεφάλου αντί μεμονωμένων σημείων και αποδείξαμε το εντυπωσιακό ότι η μαγνητοεγκεφαλογραφία και η ηλεκτροεγκεφαλογραφία είναι συμπληρωματικές τεχνικές, καθώς τη συνιστώσα του ρεύματος που δεν δύναται να μετρήσει η πρώτη, δύναται να ανιχνεύσει η δεύτερη. Αυτό θέτει τη βάση για την προσπάθεια ταυτόχρονων μετρήσεων με τις δύο αυτές τεχνικές και η μέθοδος αναμένεται να χρησιμοποιηθεί στο Cambridge για τη μελέτη διαφόρων πτυχών της συνείδησης. Τη σπουδαιότητα της τεχνικής της μαγνητοεγκεφαλογραφίας αναγνώρισε από πολύ νωρίς ο Νομπελίστας Edelman και μάλιστα στο περίφημο βιβλίο του για τη συνείδηση «Wider than the sky» αναφέρει πειραματικά δεδομένα μόνο από μαγνητοεγκεφαλογραφία.

Θεμελιώδες ερώτημα

Η οποία συνείδηση είναι Πλατωνικώς έμφυτη ή Αριστοτελικώς επίκτητη  ;;;

Με βάση το διάλογο του Φαίδωνα και την εξήγηση αυτού του διαλόγου από τους Νεοπλατωνικούς φιλοσόφους, ακόμα και οι ψυχές που έχουν εκπέσει, εμπεριέχουν «εν αυτοίς» a priori γνώση, επειδή ήταν κάποτε άχραντες. Στην Πλατωνική θέση της έμφυτης γνώσης ο Αριστοτέλης και αργότερα ο Locke αντιπαραθέτουν την άποψη ότι η ψυχή είναι tabula rasa, δηλαδή ένα λευκό πινάκιο στο οποίο καταγράφονται εμπειρίες. Διανοητές από την αρχαιότητα μέχρι σήμερα δεν έχουν κατορθώσει να υποδείξουν αν δίκαιο είχε ο Πλάτωνας ή ο Αριστοτέλης. Για πρώτη φορά δημιουργείται ένα επιστημονικό πλαίσιο για την απάντηση του θεμελιώδους αυτού ερωτήματος. Σε αυτό το πλαίσιο, όπως αναφέραμε παραπάνω, η συνεισφορά των Μαθηματικών είναι σημαντική. Ισως θα περίμενε κανείς από την επιστήμη των Μαθηματικών να καθορίζει ακριβώς τις συντεταγμένες ακόμα και της κάθε μνήμης ξεχωριστά, αυτό όμως δεν θα είναι εφικτό. Είναι αδύνατο να απομονώσουμε ένα μόνο σημείο στον χωροχρόνο της μνήμης μας. Και η αδυναμία μας αυτή οφείλεται στην εγγενή ικανότητά μας να παράγουμε συνειρμούς, δηλαδή να συνδέουμε μνήμες σε πολλαπλά επίπεδα. Οι μνήμες συνυφαίνονται και συσχετίζονται με τρόπο αριστοτεχνικό και εδώ η Αριστοτελική άποψη ότι μαθαίνουμε με το να συσχετίζουμε ιδέες ως αποτέλεσμα εμπειριών, συναντά και τα συμπεράσματα από τα περίφημα πειράματα του Pavlov και τις μεγάλες ανακαλύψεις του Kandel για τη μάθηση σε κυτταρικό επίπεδο. Αυτό όμως δεν σημαίνει ότι η Πλατωνική άποψη για έμφυτη γνώση ήταν λάθος. Υπάρχει στον ανθρώπινο εγκέφαλο βιολογικά προκαθορισμένη γνωστική προδιάθεση, την υλική βάση της οποίας αποτελούν τα πολύπλοκα νευρικά κυκλώματα με τα δισεκατομμύρια των συνάψεών τους. Η προδιάθεση μεταμορφώνεται σε γνώση διαμέσου των συνεχών αλληλεπιδράσεων με το περιβάλλον.

(Στο σημείο αυτό βάζουμε μια άνω τελεία. Ο καθηγητής Φωκάς κατάφερε για μία ακόμα φορά να μας ταξιδέψει με μαθηματική αριστοτεχνικότητα στα άδυτα του παγκόσμιου φιλοσοφικού στοχασμού. Εκεί που ο Eric Kandel κοινωνεί με Πλάτωνα και Αριστοτέλη, ενώ οι Edelman, Gelfand και Φωκάς απαθανατίζουν τη στιγμή, απεικονίζοντας τη μεγαλειώδη συνεύρεση των μοριακών, των μακροσκοπικών και φιλοσοφικών συντεταγμένων της ανθρώπινης συνείδησης. Η συνάντησή μου αυτή με τον Θανάση Φωκά αποτελεί έναν ακόμα συνειρμό στο χωροχρόνο της προσωπικής μου μνήμης. Από τους σημαντικότερους και τους πιο παιδευτικούς.)

Χρήστος Τζιοτζου,φοιτητής Κλινικής Ιατρικής Παν.Cambridge

www.kathimerini.gr, 2008