Com’è possibile che questo computer sembri così umano? Dimostra abilità che di solito associamo agli esseri intelligenti: linguaggio, capacità di astrazione, inferenza sociale, perfino senso dell’umorismo. La progettazione dei moderni chatbot si è ispirata alla neocorteccia, l’apice dell’evoluzione dei mammiferi, perciò la somiglianza tra il loro comportamento e quello umano non avrebbe dovuto coglierci del tutto di sorpresa. Ma pochi avevano previsto che un comportamento così complesso potesse emergere in totale assenza di neuroni biologici.

Per decenni le neuroscienze cognitive si sono organizzate intorno a una grande sfida: spiegare come l’attività elettrica che scorre attraverso le reti di cellule cerebrali possa produrre i comportamenti straordinari associati alla nostra intelligenza. Pianificazione, ragionamento, soluzione di problemi, creatività: erano considerati i gioielli della corona della mente. Eppure quella notte in quell’ufficio, come sugli schermi di tutto il mondo, una macchina mostrava molte di quelle stesse abilità usando esclusivamente elettroni che rimbalzavano in un piccolo blocco di silicio.

È emersa una curiosa possibilità. Potremmo avere già risolto molto di quello che un tempo ci sembrava misterioso nella cognizione. Forse la capacità di generare un comportamento intelligente non ha mai richiesto altro che questo ingegnoso trucco di elaborazione dei segnali che chiamiamo reti neurali. Se così fosse, l’intelligenza potrebbe essere più facilmente trasferibile di quanto immaginavamo. La stessa architettura computazionale che opera nei neuroni biologici può essere riprodotta in microprocessori di silicio, o perfino in ipotetici sistemi meccanici costruiti con molle e ingranaggi. Il supporto fisico può variare, ma i calcoli che producono un comportamento simile a quello umano rimangono gli stessi.

La posizione prevalente nelle neuroscienze è che la cognizione sia un ingrediente necessario della coscienza, che in qualche modo la capacità di pensiero complesso vada a braccetto con questo misterioso fenomeno dell’esperienza soggettiva. Ora abbiamo computer capaci di compiere tali prodezze cognitive, eppure non sembriamo più vicini a capire come il cervello produca la nostra consapevolezza cosciente.

Molte discussioni sull’intelligenza artificiale e sulla coscienza si chiedono se le macchine siano in grado di percepire consapevolmente qualcosa. Ma forse il vero mistero è un altro: se la coscienza non è legata alle funzioni cognitive superiori, allora che tipo di fenomeno è?

Nel corso della sua carriera il neurologo Antonio Damasio si è appassionato ai casi di pazienti con lesioni cerebrali che avevano lasciato sostanzialmente inalterato il loro intelletto, ma avevano compromesso la loro capacità di orientarsi nel mondo. Erano in grado di ragionare, sostenere conversazioni e risolvere problemi complessi, tuttavia avevano difficoltà a prendere decisioni.

Uno dei suoi pazienti aveva riportato un danno a una regione della corteccia prefrontale di fondamentale importanza per la valutazione emotiva. Quando gli venivano proposti due possibili orari per un appuntamento, il paziente restava paralizzato dall’indecisione e passava ore a esaminare la questione. Il problema non era una mancanza di intelligenza. Piuttosto, erano stati compromessi i segnali emotivi che attribuiscono un valore alle diverse opzioni. Il paziente aveva perso quella sensazione istintiva che normalmente guida il processo decisionale.

Questa osservazione diventò il fondamento del celebre libro di Damasio L’errore di Cartesio, uscito nel 1994. L’idea centrale era semplice ma provocatoria: le emozioni non sono marginali rispetto al pensiero razionale. Sono parte dei meccanismi che lo rendono possibile.

Naturalmente, l’esperienza umana non si limita alle emozioni. Rimuginiamo. Riflettiamo. Soppesiamo le prove e riflettiamo sulle nostre stesse convinzioni. Questi complessi stati mentali non implicano qualcosa di più di un semplice insieme di emozioni elementari?

Forse no. Ispirandosi alle intuizioni di Damasio, un numero crescente di ricercatori sta esplorando la possibilità che il pensiero umano non costituisca una categoria di esperienza separata dalle sensazioni. Al contrario, il nostro flusso di pensieri potrebbe emergere dalle combinazioni di un numero finito di stati sensoriali primitivi. È un’ipotesi che può sembrare improbabile. Ma forse ci siamo abituati troppo a pensare alla coscienza come a qualcosa di inseparabile dalla cognizione. Forse i calcoli che avvengono in tutto il cervello rimangono in gran parte nascosti alla nostra consapevolezza e ciò che sperimentiamo è una sintesi altamente elaborata e soggettiva dei loro risultati.

I modelli di ia che si stanno affermando offrono un’analogia interessante: sottoponiamo una domanda a ChatGpt e riceviamo in risposta un testo, ma non ci vengono mostrati i miliardi di calcoli che avvengono sotto la superficie. Quello che ci arriva è una sintesi compressa di un processo enormemente complicato.

Qualcosa di simile potrebbe succedere quando il cervello produce l’esperienza soggettiva. Dietro ogni pensiero cosciente si cela un vasto oceano di elaborazioni inconsce. La corteccia esegue questi calcoli per sostenere il ragionamento, la pianificazione, la memoria e il processo decisionale, ma quello che entra nella nostra consapevolezza cosciente potrebbe essere un compendio di questi processi. L’esperienza soggettiva potrebbe essere come il pannello di controllo di un aereo, che riassume le informazioni essenziali di sistemi troppo complessi per essere gestiti direttamente.

Gli ingegneri che cercano di comprendere una macchina complessa generalmente non cominciano dal componente più complicato. Individuano invece gli elementi costitutivi più semplici e si chiedono come si combinino per generare comportamenti più sofisticati. La ricerca sulla coscienza potrebbe richiedere una strategia simile.

Cominciamo dal caso più semplice. Non è difficile immaginare che un particolare schema di attività neurale possa dare origine a una semplice sensazione soggettiva. La fame si percepisce in un modo. Il dolore in un altro. Il disagio, la familiarità, l’attesa e la fiducia hanno tutte una propria fenomenologia distintiva. Ciascuna di esse si avverte in un certo modo.

Ora supponiamo che i pensieri complessi siano assemblati a partire da questi stati primitivi come le ricette di un libro di cucina. Diciamo che due parti di familiarità e una parte di coerenza producono ciò che chiamiamo comprensione. Tre parti di attesa e una parte di motivazione producono ciò che chiamiamo speranza. I singoli ingredienti rimangono semplici, eppure insieme generano esperienze che sono percepite come qualitativamente diverse da quelle prodotte da ciascun ingrediente preso isolatamente.

Ma che dire dell’esperienza di pensare a qualcosa di specifico, come una bicicletta? Una bicicletta non deve necessariamente corrispondere a un’unica sensazione primitiva. Potrebbe invece occupare una sua precisa posizione all’interno di un paesaggio multidimensionale, definito da una particolare combinazione di familiarità, attesa, fiducia, coerenza, attrazione motivazionale e innumerevoli altre dimensioni dell’esperienza. Un castello, un amico d’infanzia e un teorema matematico occuperebbero ciascuno regioni diverse di quello stesso paesaggio.

Un piccolo numero di ingredienti può generare un grandissimo numero di combinazioni. Poniamo che l’esperienza cosciente sia costruita a partire da trenta dimensioni esperienziali indipendenti e che ciascuna possa assumere otto livelli distinguibili. Lo spazio risultante conterrebbe circa 1027 configurazioni possibili, un numero astronomico. Per fare un confronto, se ogni essere umano mai esistito avesse sperimentato un nuovo stato di coscienza tre volte al secondo per tutta la sua vita, l’umanità nel suo insieme avrebbe vissuto solo circa 1021 esperienze soggettive. Perfino considerando l’intera storia della nostra specie, avremmo esplorato appena un milionesimo delle possibilità.

Da questa prospettiva, la ricchezza del pensiero umano non richiede più un catalogo infinito di stati mentali. Potrebbe invece derivare da un enorme spazio combinatorio costruito a partire da un piccolo insieme di sensazioni primitive.

In quale regione del cervello avviene la magia? Se chiedete ai neuroscienziati di individuare le strutture cerebrali responsabili dell’esperienza soggettiva, probabilmente indicheranno le aree frontali della corteccia cerebrale. È la regione responsabile di molte delle nostre sofisticate capacità cognitive.

Naturalmente, l’idea che la coscienza richieda intelligenza potrebbe riflettere un modo di pensare precedente all’ia. Con l’indebolirsi di questa convinzione, i ricercatori sono diventati sempre più disposti a valutare la possibilità che l’esperienza soggettiva abbia origine in strutture evolutivamente più antiche situate nelle profondità del cervello.

Se sia necessaria una corteccia per esperire qualcosa è una delle questioni più dibattute nel campo delle neuroscienze. Eppure sappiamo da un secolo che il cervello può funzionare anche senza corteccia. A partire dagli anni venti del novecento, alcuni fisiologi hanno asportato chirurgicamente la corteccia cerebrale a decine di gatti. Quelli che sopravvivevano alla complessa operazione avevano capacità sorprendenti. Risultati simili in seguito sono stati ottenuti con topi geneticamente modificati nati senza corteccia. Erano in grado di mangiare, riprodursi, nuotare, pulirsi e perfino imparare a orientarsi in un semplice labirinto. Le loro capacità erano estremamente compromesse, ma è difficile immaginare che questi animali non provassero assolutamente nulla.

Questo fa sorgere una domanda: i circuiti neurali che mediano l’esperienza soggettiva non potrebbero trovarsi nelle regioni profonde del cervello, invece che nella corteccia? Questa possibilità è compatibile con la scoperta che negli esseri umani la stimolazione cerebrale profonda può suscitare intense esperienze soggettive, mentre la stimolazione di ampie regioni della corteccia prefrontale spesso produce pochi effetti coscienti o addirittura nessuno. È coerente anche con la storia evolutiva: i circuiti cerebrali profondi sono comparsi molto prima che si evolvesse la corteccia, creando un’organizzazione sottocorticale condivisa da tutti i vertebrati. Se la coscienza è comparsa nelle prime fasi di questa storia evolutiva, è probabile che oggi continui a dipendere da queste antiche strutture fondamentali, dai pesci fino agli esseri umani.

Ed è qui che le cose diventano particolarmente interessanti: le strutture situate in profondità nel cervello sono anatomicamente più circoscritte rispetto alle vaste reti della corteccia cerebrale. Se l’esperienza soggettiva ha origine all’interno di queste strutture, allora la ricerca della coscienza si sposta dal vasto paesaggio della corteccia a una porzione relativamente piccola dell’anatomia neurale. Poche scoperte avrebbero conseguenze più importanti dell’identificazione delle specifiche strutture neurali responsabili dell’esperienza soggettiva.

Presa alla lettera, l’idea che l’esperienza cosciente sia come il pannello di comando di un aereo ha un’implicazione scomoda. I pannelli di comando non fanno volare gli aerei, segnalano semplicemente quello che sta facendo la macchina sottostante. Se la coscienza si limita a riassumere il calcolo neurale, rischia di ridursi a poco più di un epifenomeno, un osservatore passivo che non ha nessuna influenza sul comportamento.

Sarebbe difficile conciliare questa conclusione con l’evoluzione, che è straordinariamente efficiente nel preservare le funzioni biologiche capaci di migliorare le possibilità di sopravvivenza e nell’eliminare le altre. Se l’esperienza soggettiva accompagna la vita animale da tanto tempo, è ragionevole chiedersi quale funzione svolga. Perché l’evoluzione dovrebbe preservare la sensazione della fame, invece di limitarsi a generare il comportamento dell’alimentazione? Perché la paura deve essere percepita invece di innescare semplicemente la fuga?

Questa apparente contraddizione scompare se smettiamo di pensare alle emozioni come a esperienze passive e le consideriamo invece lo strumento con cui il cervello valuta priorità biologiche in competizione tra loro. Molto prima di sviluppare il linguaggio, il ragionamento o il pensiero astratto, gli animali si trovavano di fronte a un problema molto più semplice: scegliere tra bisogni biologici in conflitto. Mangiare o fuggire. Bere o riprodursi. Riposarsi o esplorare. Queste pulsioni non possono essere soddisfatte tutte contemporaneamente. Da qualche parte nel cervello devono essere confrontate, messe in ordine di priorità e tradotte in azione.

Le antiche strutture del tronco encefalico superiore e dell’ipotalamo sono nella posizione ideale per svolgere questo ruolo. Invece di confrontare direttamente innumerevoli variabili fisiologiche, l’evoluzione potrebbe aver trovato una soluzione più semplice: trasformare le necessità biologiche in competizione in un linguaggio comune di sensazioni soggettive. Le sensazioni non sono semplicemente resoconti sullo stato dell’organismo, sono il meccanismo che permette l’arbitraggio tra le diverse motivazioni.

Se questa interpretazione è corretta, i meccanismi fisici all’origine delle sensazioni, quali che siano, devono anche influenzare i circuiti neurali responsabili della selezione delle azioni. Come avvenga esattamente questa interazione rimane uno dei più grandi enigmi delle neuroscienze. Del resto è difficile capire come la sensazione orienti il comportamento quando ancora non sappiamo come l’attività cerebrale crei la sensazione stessa.

In quest’ottica, l’esperienza soggettiva non è né il calcolo in sé né un suo sottoprodotto passivo. Potrebbe invece essere la valuta con cui gli antichi circuiti cerebrali confrontano le priorità e scelgono le azioni. È il tipo di supporto alle decisioni di cui avrebbe avuto bisogno anche un vertebrato primitivo, centinaia di milioni di anni prima dell’evoluzione della corteccia.

Quando si è evoluta, la corteccia cerebrale non ha sostituito l’antica architettura delle strutture profonde del cervello, ma ha cominciato a fornirle informazioni molto più articolate. Invece di generare direttamente l’esperienza soggettiva, la corteccia è diventata un sistema computazionale straordinariamente potente che analizzava il mondo esterno, costruiva modelli interni e prevedeva gli esiti futuri. I risultati di questi calcoli potevano poi essere trasmessi ai sistemi più antichi responsabili dell’arbitraggio tra le diverse motivazioni e tradotti in sensazioni di incertezza, familiarità, fiducia e moltissimi altri stati esperienziali. Per parafrasare il neuroscienziato Bjorn Merker, forse la corteccia genera i contenuti della coscienza, mentre le strutture cerebrali profonde generano l’esperienza cosciente.

Supponiamo che qualcuno riesca finalmente a individuare le basi neurali della coscienza. Convincere gli altri studiosi del settore potrebbe rivelarsi quasi altrettanto difficile della scoperta stessa, perché la ricerca sulla coscienza non è ancora giunta a un quadro teorico condiviso per valutare le diverse ipotesi. I ricercatori non sono in disaccordo solo sulla risposta, ma anche sulla domanda. Ognuno affronta il mistero da una prospettiva diversa, ponendo una diversa serie di domande, metodi e presupposti su cosa sia la coscienza.

Questo crea una situazione insolita. I neuroscienziati possono trascorrere l’intera carriera a svelare i circuiti neurali responsabili di dolore, paura, memoria o processi decisionali. Ma appena si chiedono come quei circuiti diano origine all’esperienza soggettiva si ritrovano immersi in un mare di congetture.

Forse le cose stanno cambiando. Via via che le teorie si fondano più saldamente su meccanismi neurali verificabili, come nel caso della stimolazione cerebrale profonda non invasiva, il confine tra la ricerca sulla coscienza e le neuroscienze tradizionali potrebbe dissolversi. Invece di restare una disciplina separata definita dal dibattito filosofico, la ricerca sulla coscienza potrebbe integrarsi nel più ampio sforzo di comprendere come funziona il cervello.

Dimostrando che dalle reti neurali artificiali possono emergere molti tratti distintivi dell’intelligenza, l’ia ha indebolito uno dei presupposti centrali che per decenni hanno guidato la ricerca sulla coscienza. Invece di cercare l’esperienza soggettiva all’interno dei calcoli distribuiti che sostengono il linguaggio, la pianificazione e il ragionamento, i ricercatori si stanno ponendo domande diverse. Quali circuiti neurali generano gli stati sensoriali primitivi? Come si combinano queste sensazioni per produrre la ricca fenomenologia del pensiero? E come interagiscono gli antichi sistemi motivazionali con la straordinaria macchina computazionale della corteccia cerebrale?

Le grandi domande sulla coscienza si stanno spostando dalla filosofia al laboratorio. Nuovi strumenti permettono ai ricercatori di testare le ipotesi sulla coscienza con lo stesso rigore richiesto in ogni altra branca delle neuroscienze. Le reti neurali artificiali sono diventate indispensabili in questo sforzo perché aiutano i ricercatori a individuare nei dati neurali schemi che solo dieci anni fa sarebbe stato difficile riconoscere.

Per il lavoro che ci attende non basteranno le buone idee. Ci vorranno tempo, talento e risorse per trasformare decenni di osservazioni descrittive in spiegazioni meccanicistiche. Sarà necessario costruire una comunità scientifica capace di affrontare la coscienza non solo come un problema filosofico, ma come una questione centrale delle neuroscienze. ◆ gc

Daniel Freeman è un bioingegnere del Massachusetts institute of technology Lincoln laboratory, negli Stati Uniti. Studia le basi neurofisiologiche della coscienza.