Les scientifiques commencent à percer un mystère qui a intrigué les philosophes pendant des siècles.
La conscience est tout ce que vous expérimentez. C'est l'air que vous ne pouvez pas sortir de votre tête, le goût sucré de la mousse au chocolat, un mal de dents lancinant sans pitié, l'amour ardent pour votre enfant et la réalisation amère que tout sentiment finira par s'arrêter.
Comment un organe de moins d'un kilo et demi avec la densité du tofu nous fait-il découvrir le monde dans toutes ses senteurs et ses couleurs ?
L'origine et la nature de telles qualia, comme ces expériences sont aussi appelées en philosophie, ont intrigué l'homme depuis les temps anciens. Pour de nombreux philosophes analytiques modernes qui se penchent sur la matière, y compris Daniel Dennett de l'Université Tufts en tant que porte-drapeau, l'existence de la conscience est une irrégularité si intolérable dans un univers de matière et de vide pour eux dénué de sens qu'ils la rejettent comme une illusion. Ils nient l'existence des qualia ou affirment que la science n'a rien à gagner à les étudier.
Si oui, cela ferait un essai très court. Ensuite, il ne me restait plus qu'à expliquer pourquoi vous et moi et le reste du monde sommes convaincus que nous avons des sentiments. Mais une personne atteinte d'un abcès dentaire trouvera peu de soulagement à un raisonnement pompeux sur la raison pour laquelle il imagine ces douleurs lancinantes infernales. Cela devrait être clair :je ne suis pas trop excité par cette tentative désespérée de résoudre le problème corps-esprit. Il est temps de changer de tactique.
La plupart des scientifiques considèrent la conscience comme une donnée et essaient de comprendre comment elle se rapporte à la réalité objective et scientifiquement décrite. Il y a plus d'un quart de siècle, Francis Crick et moi avons décidé de mettre de côté toute considération philosophique en la matière. (Aristote s'est déjà interrogé là-dessus, et nous ne l'avons toujours pas compris.) Ce qui nous intéresse, c'est l'empreinte physique de la conscience. Comment un morceau de matière cérébrale sensible mène-t-il à la conscience ? La réponse à cette question devrait nous rapprocher du cœur du problème, du moins nous l'espérons.
Nous recherchons les corrélats neuronaux de la conscience (NCB), la combinaison des mécanismes cérébraux qui sont minimalement requis pour l'expérience consciente. Par exemple, que doit-il se passer dans votre cerveau pour que vous ressentiez un mal de dents ? Certaines cellules nerveuses doivent-elles vibrer à une fréquence magique ? Faut-il allumer des « neurones de conscience » spéciaux ? Et dans quelles zones du cerveau se situent-ils ?
Dans la définition des corrélats, le mot "minimal" est crucial. Après tout, le cerveau dans son ensemble peut aussi être considéré comme un BCN :il nous fournit constamment des expériences. Mais le centre névralgique de l'expérience consciente peut être délimité plus nettement. Ce n'est pas dans la moelle épinière. Ce tube de tissu nerveux dans notre colonne vertébrale mesure moins d'un demi-mètre de long, mais il contient environ un milliard de cellules nerveuses. Une lésion de la moelle épinière au cou paralyse les bras, les jambes et le tronc. Les patients perdent le contrôle de leurs intestins et de leur vessie, et ils ne sentent plus rien sous le cou. Pourtant, ils continuent de vivre la vie dans toute sa richesse :ils voient, entendent, sentent, ressentent des émotions et chérissent des souvenirs, tout comme ils le faisaient avant le traumatisme qui a changé leur vie de façon si dramatique.
Il semble que tout ce que nous voyons, entendons et expérimentons d'une autre manière est crypté à l'arrière du cortex cérébral
Il n'est pas non plus dans le cervelet. Le cervelet au bas et à l'arrière du cerveau est l'un des plus anciens réseaux cérébraux de l'évolution. Ils jouent un rôle, entre autres, dans notre motricité et notre posture corporelle, ainsi que dans la bonne exécution d'actions physiques complexes. Jouer du piano, taper du texte informatique, danser sur glace et faire de l'escalade - vous ne pouvez pas le faire sans le cervelet. La région abrite les neurones les plus magnifiques :les cellules de Purkinje. Leurs dendrites s'étalent comme un corail en éventail, et la dynamique électrique est particulièrement complexe. Le cervelet abrite également de loin le plus de cellules nerveuses. Avec 69 milliards de copies, dont la majorité sont des cellules granulaires en forme d'étoile, c'est quatre fois plus que dans toutes les autres régions du cerveau réunies.
Pourtant, il arrive étonnamment peu de choses à la conscience lorsqu'une personne perd une partie du cervelet après un accident vasculaire cérébral ou une intervention chirurgicale. Les patients qui subissent des dommages remarquent qu'ils jouent du piano ou tapent moins bien, par exemple, mais ils n'ont pas de problèmes de conscience. Ils entendent, voient et ressentent la même chose que n'importe qui d'autre. Leur sens de soi, leurs souvenirs et leurs projections d'avenir restent intacts. Même si une personne est née sans cervelet, sa conscience n'a pas besoin d'être sensiblement affectée.
Toute la machinerie du cervelet ne joue donc aucun rôle dans l'expérience subjective. Comment est-ce possible? Il existe des indices importants dans le circuit nerveux cérébelleux. Cela fonctionne de manière si uniforme et en parallèle (tout comme vous pouvez mettre en parallèle des batteries) qu'il s'agit presque exclusivement d'un réseau à anticipation :un premier groupe de neurones transfère des informations à un groupe suivant, qui à son tour influence un troisième groupe. Il n'y a pas de rétrogradage complexe; aucune activité électrique ne bourdonne d'avant en arrière. (Il nous faut un peu plus de temps pour percevoir consciemment, donc la plupart des théoriciens supposent que la rétroaction est essentielle.) De plus, le cervelet est divisé en centaines ou plus de modules de traitement indépendants, chacun effectuant sa propre tâche côte à côte. Chaque module possède ses propres entrées et sorties et contrôle différents systèmes moteurs et cognitifs. Il n'y a pratiquement aucune interaction - et c'est précisément un aspect crucial de la conscience.
Ces aperçus de la moelle épinière et du cervelet nous fournissent déjà une pièce importante du puzzle :toutes les impulsions nerveuses n'évoquent pas la conscience. Il en faut plus pour le sortir de la bouteille. Pour cela, nous devons examiner la matière grise dans le cortex cérébral, la célèbre couche externe du cerveau. Ce système ingénieux de cellules nerveuses entrelacées a à peu près la taille d'une base de pizza double. Les deux feuilles sont pliées en plis et entassées dans nos crânes, autour des centaines de millions de câbles de liaison de la substance blanche. Tout indique que les sentiments surgissent dans le tissu du néocortex.
Les ordinateurs n'en sont pas encore capables, mais ce n'est qu'une question de temps avant qu'ils ne s'en rendent compte
Nous pouvons faire encore mieux. Supposons que vous receviez des stimuli différents dans l'œil droit et l'œil gauche. Par exemple, à gauche vous voyez une photo de Donald Trump, et à droite celle d'Hillary Clinton. Vous pourriez penser que vous verriez une étonnante superposition des deux. Ce n'est pas le cas. Vous voyez d'abord Trump pendant quelques secondes, qui cède la place à Clinton, qui à son tour cède la place à Trump. Les deux images alternent dans une danse perpétuelle. C'est à cause de ce que les neuroscientifiques appellent la rivalité binoculaire. Votre cerveau absorbe des informations ambiguës et n'arrive pas à les extraire :est-ce Trump ou Clinton ?
Si vous deviez faire des IRM de ce qui se passe dans votre cerveau à ce moment-là, vous verriez combien de zones à l'arrière du cortex cérébral s'illuminent. Les zones pariétale, occipitale et temporale [voir l'encadré à la page suivante], collectivement appelées la zone chaude postérieure, ont la plus grande part de ce que nous voyons. Le cortex visuel primaire reçoit les informations des yeux et les transmet, mais curieusement, il ne signale pas ce que nous voyons. De plus, avec ce que nous entendons et ressentons, les tâches semblent être si divisées. Le cortex auditif primaire et le cortex somatosensoriel ne contribuent pas directement au contenu de l'expérience sensorielle. C'est dans les étapes suivantes du traitement - dans la zone chaude - que surgit la perception consciente, et donc l'image de Trump et Clinton.
Cela se reflète également dans les preuves cliniques. Lorsque les chirurgiens retirent une tumeur au cerveau ou une épilepsie, ils cartographient les fonctions cérébrales au cours de la procédure. À cette fin, ils stimulent les tissus voisins avec des électrodes. Dans la zone chaude, ces stimuli suscitent une gamme de sensations et de sentiments :éclairs de lumière, figures géométriques, visages déformés, hallucinations auditives et visuelles, sensation de familiarité ou d'irréalité, envie de bouger un bras ou une jambe, etc. . L'effet est très différent dans la partie avant du cortex cérébral :en général, un stimulus n'y induit pas d'expérience directe.
Les patients cérébraux passés sous le bistouri dans la première moitié du XXe siècle nous fournissent également des informations particulièrement précieuses sur la conscience. Dans certains d'entre eux, une grande partie du cortex préfrontal a dû être excisée, mais les conséquences négatives pour les patients ont été étonnamment limitées. Certains ont perdu leurs inhibitions face à des sentiments ou des actions inappropriés; d'autres souffraient de problèmes moteurs et de comportements répétitifs incontrôlables.
D'un autre côté, leur personnalité et leur QI se sont améliorés, et ils ont vécu le reste de leur vie sans remarquer le tissu cérébral manquant dans leur expérience consciente. Lorsque le cortex cérébral postérieur est coupé, là où se trouve la zone chaude, les conséquences semblent bien plus importantes. Même si seule une petite partie est supprimée, des classes entières de contenu conscient peuvent être anéanties. Les patients ne reconnaissent plus les visages, ou ne voient plus le mouvement, la couleur ou l'espace.
Il semble donc que tout ce que nous voyons, entendons et expérimentons par d'autres moyens est crypté à l'arrière du cortex cérébral. Pour autant que nous le sachions, c'est le centre névralgique de toute expérience consciente. Nous ne savons pas encore ce qui rend cette zone si différente du cortex préfrontal, qui ne contribue pas directement au contenu subjectif. Mais une découverte récente montre que nous nous rapprochons peut-être.
Les médecins n'ont toujours pas d'instrument disponible pour mesurer la conscience. Un tel dispositif serait pourtant très bienvenu, par exemple au bloc opératoire. Les patients sont anesthésiés afin qu'ils ne bougent pas pendant la procédure et que leur tension artérielle reste stable, ainsi que pour leur épargner des douleurs et des souvenirs traumatisants. Malheureusement, ce n'est pas toujours le cas. Chaque année, des centaines de patients restent conscients dans une certaine mesure, même sous anesthésie.
Il est également extrêmement difficile d'estimer la conscience chez les personnes incapables de parler ou de communiquer avec le monde extérieur pendant des années après un accident, une infection ou une intoxication alcoolique. Vous pourriez comparer le patient à un astronaute flottant dans l'espace et entendre le centre de contrôle essayer de le contacter. Parce que sa radio est endommagée, il n'est pas entendu et il semble perdu pour le monde. Certains patients se retrouvent également dans cette situation désolante. Leur cerveau endommagé rend toute forme de communication impossible, et les condamne à une forme extrême d'isolement cellulaire.
Pour ces patients, il semble y avoir de la lumière au bout du tunnel. Au tournant de ce siècle, Giulio Tononi (Université du Wisconsin-Madison) et Marcello Massimini (maintenant à l'Université de Milan) ont développé une technique révolutionnaire pour mesurer la conscience :la méthode zap-and-zip. Avec des impulsions magnétiques courtes et puissantes sur le crâne - 'zapping' - un courant électrique est généré dans les neurones sous-jacents. Il active différentes cellules dans des régions cérébrales apparentées dans une réaction en chaîne et se déplace dans une onde de courte durée à travers le cortex cérébral. Sur le crâne, un réseau de capteurs EEG détecte l'activité électrique. De cette façon, un film de la réponse cérébrale se déroule, pour ainsi dire.
Photo ci-dessus :L'expérience consciente a lieu dans le cortex cérébral, une couche de tissu nerveux ingénieusement pliée et hautement entrelacée. Chaque expérience est basée sur l'interaction minimale des cellules nerveuses :les corrélats neuronaux de la conscience. Son centre nerveux, la zone chaude dite postérieure, est situé à l'arrière du cortex cérébral, dans le lobe pariétal, occipital et temporal. La complexité des impulsions nerveuses suscitées par une impulsion de courant magnétique peut être traduite en une valeur numérique, qui indique dans quelle mesure une personne est consciente.
Le motif résultant n'est jamais stéréotypé ou complètement aléatoire. Plus le rythme du mouvement des vagues est prévisible, assez étrangement, plus les chances de conscience sont petites. En utilisant un algorithme pour compresser les fichiers informatiques - 'zip' - les chercheurs traduisent ces données électriques en un indice de conscience :le Perturbational Complexity Index (PCI). Il indique la complexité de la réponse cérébrale. Chez les sujets éveillés, la valeur est comprise entre 0,31 et 0,70. En sommeil profond et sous anesthésie, le PCI descend sous le seuil de conscience de 0,31. Lorsque Massimini et Tononi ont testé leur méthode zap-and-zip chez 48 patients atteints de lésions cérébrales qui étaient éveillés et réactifs, les résultats étaient cohérents avec les résultats comportementaux.
Les scientifiques ont ensuite pris des EEG chez 81 patients dans un état végétatif ou avec une conscience minimale. Dans ce dernier groupe, qui présentait des signes de comportement non réflexif, la méthode a correctement estimé que 36 des 38 patients étaient conscients. Deux patients ont été diagnostiqués à tort comme inconscients. Dans le groupe à l'état végétatif, chez qui tout contact semblait futile, le PCI a indiqué que 34 des 43 patients étaient inconscients. Les neuf patients restants ont montré la même réponse cérébrale que les sujets conscients. Cela signifierait qu'ils étaient conscients, mais incapables de le faire savoir au monde.
On étudie actuellement comment la méthode peut être standardisée et affinée, et comment elle peut être utilisée non seulement chez les patients atteints de cerveau, mais aussi en psychiatrie et en pédiatrie. Tôt ou tard, une combinaison spécifique de mécanismes neuronaux sera découverte qui sous-tend chaque expérience. Cela fera une énorme différence pour les médecins et les patients. Cependant, un certain nombre de questions fondamentales restent encore sans réponse. Pourquoi ces neurones et pas ceux-là ? Pourquoi cette fréquence précise et pas celle-là ? Le mystère éternel est de savoir comment et pourquoi une substance active hautement organisée conduit à une perception consciente. Le cerveau n'est-il pas un organe comme un autre, soumis aux mêmes lois naturelles que le cœur et le foie ? Qu'y a-t-il dans la biophysique d'un morceau de matière cérébrale sensible aux stimuli qui transforme une bouillie grise en un magnifique spectacle qui donne à nos vies du son et de la couleur ?
Nous devons évoluer vers une théorie scientifique de la conscience qui prédit les conditions dans lesquelles un système physique expérimente des expériences - qu'il s'agisse d'un réseau complexe de cellules nerveuses ou de semi-conducteurs au silicium - et explique pourquoi la qualité de ces expériences varie. Pourquoi ressentons-nous un ciel bleu clair différemment du gémissement de chat d'un violon mal accordé ? Une telle théorie peut nous aider à déduire quels systèmes sont capables d'expérience consciente. Sans théorie avec des prédictions vérifiables, toute spéculation sur la conscience de la machine est basée uniquement sur notre intuition, qui ne s'est pas avérée être le guide le plus fiable de toute l'histoire de la science.
Deux théories populaires de la conscience sont vivement débattues :la théorie de l'espace de travail neuronal global et la théorie de l'information intégrée. Dans la première théorie, connue simplement sous le nom de GNW (espace de travail neuronal global), le psychologue Bernard Baars et les neuroscientifiques Stanislas Dehaene et Jean-Pierre Changeux supposent que de nombreux réseaux cérébraux différents ont accès à des informations dont vous êtes conscient. Lorsque vous agissez inconsciemment, l'information n'est contenue que dans cette petite partie du système sensori-moteur qui est impliquée dans cet acte. Par exemple, si vous tapez rapidement, vous le faites automatiquement. Si quelqu'un vous demande comment vous faites cela, vous ne devriez pas répondre. Vous en êtes à peine conscient. L'information se trouve uniquement dans les réseaux cérébraux qui comblent le fossé entre vos yeux et votre dextérité.
La conscience, selon la théorie, découle d'un type spécifique de traitement de l'information, que nous connaissons également depuis les premières années de l'intelligence artificielle. Les programmes spécialisés s'appuyaient alors sur un tableau d'affichage commun avec une quantité limitée d'informations. Cela était disponible pour divers sous-processus de l'intelligence artificielle :mémoire de travail, langage, module de planification, etc. Ainsi en est-il de notre conscience, selon la théorie. Les informations sensorielles sur un tableau d'affichage dans notre cerveau sont distribuées dans le monde entier. Différents systèmes cognitifs transforment ces données en paroles, les stockent, rappellent un souvenir ou effectuent une action.
Il n'y a pas beaucoup de place sur ce babillard. Par conséquent, nous ne pouvons être conscients que d'une petite quantité d'informations à la fois. Le réseau de cellules nerveuses qui transmettent ces messages serait situé dans le lobe frontal et le lobe pariétal. Une fois qu'une telle information est sur le réseau et diffusée dans tout le cerveau, elle devient consciente - ou plutôt, nous en devenons conscients. Les ordinateurs n'en sont pas encore capables, mais ce n'est qu'une question de temps avant qu'ils n'atteignent ce niveau de sophistication cognitive. L'ordinateur du futur est une machine consciente, selon GNW.
La théorie de l'information intégrée (IIT) de Tononi et tous ceux qui ont travaillé avec lui (y compris moi-même) ont un point de départ très différent :l'expérience elle-même. Chaque expérience a des caractéristiques essentielles. Elle est intrinsèque :elle n'existe que pour son « propriétaire » individuel. Elle est structurée (un taxi qui freine pour un chien brun traversant la rue). Et c'est spécifique :cela ne ressemble à aucune autre expérience consciente, tout comme chaque image est différente dans un film. C'est aussi toujours un tout clair. Lorsque vous êtes assis sur un banc au soleil par une chaude journée dans le parc en regardant vos enfants jouer, tous les éléments individuels - la brise dans vos cheveux, la joie du rire des tout-petits - ne peuvent pas être déchirés sans que l'expérience change.
Tononi soutient que tout mécanisme complexe et interconnecté dont la structure code pour la causalité a les mêmes propriétés et a donc un certain degré de conscience. C'est comme quelque chose qui vient de l'intérieur. Ce n'est pas le cas des mécanismes non intégrés ou complexes, comme le cervelet. Selon la théorie, la conscience est la puissante dynamique causale intrinsèque qui émane de mécanismes complexes tels que le cerveau humain.
La théorie déduit également une valeur de la complexité de la structure sous-jacente du réseau :un nombre non négatif Φ (phi) qui indique dans quelle mesure un système est conscient. Si Φ est égal à zéro, le système n'a aucun sens de soi. Plus Φ est élevé, plus la dynamique causale intrinsèque du système est forte et plus la conscience est grande. Le cerveau a une interdépendance extraordinairement grande et spécifique, et donc aussi une valeur Φ très élevée et un degré de conscience élevé.
La théorie de l'information intégrée fournit une explication pour un certain nombre de découvertes, telles que pourquoi le cervelet ne contribue pas à la conscience et pourquoi le compteur zap-and-zip fonctionne. (PCI est à peu près autour de Φ.) ITT prédit également que même la simulation informatique la plus sophistiquée du cerveau humain ne peut jamais être consciente, peu importe à quel point cet ordinateur ressemble à un humain - pas plus qu'une simulation de l'attraction gravitationnelle massive d'un trou noir peut déformer l'espace-temps autour de l'ordinateur exécutant le code astrophysique. La conscience ne peut pas être programmée. Il doit être enraciné dans la structure du système.
Nous sommes confrontés à deux défis majeurs. Nous disposons de techniques de plus en plus sophistiquées pour observer et étudier les larges coalitions de neurones hétérogènes de notre cerveau. Cela nous permet de mieux délimiter l'empreinte neurale de la conscience. Le système nerveux central est un tel enchevêtrement qu'il faudra facilement des décennies. De plus, nous devons être en mesure de confirmer ou d'infirmer les deux théories qui dominent le débat aujourd'hui. Ou peut-être avons-nous besoin de reconstituer les pièces des deux théories pour résoudre la question centrale de notre existence :comment un organe pesant moins d'un kilo et demi avec la densité du tofu nous permet de découvrir le monde dans toutes ses odeurs et ses couleurs.
