Teorioita tietoisuudesta

Olen pohtinut viime aikoina aivoja ja tietoisuutta. Kävin Mind and Matter -nimisessä seminaarissa kuuntelemassa mitä mielenkiintoisempia ja mutkikkaampia teorioita tietoisuuden synnystä.

Mitä tietoisuus on?

Tietoinen voi olla ympäröivästä maailmasta aistien avulla, tai tietoinen itsestään, kuten omista ajatuksistaan, niin sanotusti ”metatietoinen”. Tässä kirjoituksessa tarkoitan tietoisuudella nimenomaan metatietoisuutta. Tietoisuus voi tarkoittaa myös tiedottoman tilan, kuten unen vastakohtaa – tosin unessakin voi olla tietoinen, niin sanotuissa selkounissa (Baird et al., 2021). Aloin pohtia, voisiko tietoisuus olla vain aivojen, tarkemmin isoaivokuoren, aktiivisuutta? Siten, että missä päin aivokuorella hermosolut ovat aktiivisia, siellä tietoisuutemmekin on – esimerkiksi visuaalinen aivokuori käsittelee näköaistimuksia, somatosensorinen aivokuori (aivojen keskiuurteen takana) käsittelee tuntoaistimuksia jne., ja kun tiedostamme kyseiset aistimukset, aivokuori on aktiivinen. Jos jokin stimulus aktivoi jonkin muiston hermoverkosta, tiedostamme sen. Voisiko tietoisuus yksinkertaisesti olla vain aivoaktivaation dynaaminen summa?

Pohdittuani asiaa hieman, päädyin tulokseen, että aivokuorella on oltava muutakin informaatiota, kuin vain se, minkä me tiedostamme. Emmehän me tiedosta kaikkea aistimaammekaan – saati kaikkia ajatuksiamme. Saatamme tiedostaa vain tiettyjä, selviytymiselle tärkeitä asioita vaikkapa näkökentässämme. Ollessamme syvällä ajatuksissamme, saatamme olla tiedostamattomia siitä, mitä tapahtuu ympärillämme. Kuitenkin havahduttuamme ajatuksistamme, tiedostamme ympäristömme silmänräpäyksessä – joskus tiedostamme jopa havahtumista edeltäviä tapahtumia, jotka sattuivat jo ajatuksissa olon aikana. Tuntuisi luonnolliselta, että aivokuorella olisi aktiivisuutta jo ennen kuin tiedostamme sen. Lisäksi jotkut automaattiset liikkeemme saattavat olla tiedostamattomia, mutta koska liikekäsky on melko varmasti lähtenyt aivoista, on motorisella aivokuorella ollut pakko olla aktiivisuutta. Mikäli isoaivokuoren aktiivisuus olisi itsessään yhtä kuin tietoisuus, nämä kaikki pitäisi myös tiedostaa. Näin ei kuitenkaan ole. Edellä mainittujen argumenttien lisäksi vastaavien keinotekoisten systeemien tulisi olla tietoisia riittävällä muistikapasiteetilla ja aisteilla, mutta tekoäly ei tiedettävästi ole vielä saavuttanut tietoisuutta.

Kvanttimekaniikka tietoisuustutkimuksessa

Mikä erottaa tiedostetun ja tiedostamattoman aktiviteetin? Mitä aivoissa tapahtuu, jotta siellä ei ole ainoastaan aktiivisuutta, vaan myös aktiivisuutta, jonka me tiedostamme. Tämä ongelma kiehtoo tutkijoita monialaisesti. Vastausta kysymykseen ei vielä ole. On kuitenkin teorioita. Edellä mainitussa seminaarissa luennoitiin mm. kvanttimekaanisista malleista, joilla pyritään selittämään tietoisuutta. Sir Roger Penrose kertoi omassa puheessaan objektiivisen reduktion mallista, minkä mukaan kvanttimekaaniset ilmiöt erityisesti hermosolujen mikrotubuluksissa (ikään kuin solun tukiranka) selittäisivät tietoisuutta (Hameroff and Penrose, 2014). Ymmärrykseni puute kvanttimekaniikasta rajoittaa jonkin verran tämän teorian syvempää pohtimista, ja kriittistä arviointia. Ehkäpä palaan tähän asiaan vielä myöhemmin, jos oivallan jotakin uutta. On kuitenkin mainittava, että koska nykyisen tietämyksemme mukaan universumi noudattaa kvanttimekaanisia ilmiöitä, samat periaatteet pätisivät myös aivoissa – voidaan siis pohtia, ovatko kvanttimekaaniset ilmiöt tärkeitä erityisesti tietoisuuden synnyssä, vai tärkeitä tietoisuudessa yhtä lailla kuin kaiken muunkin elämän synnyssä. Kvanttimekaanisia ilmiöitä on ehdotettu myös merkittäviksi esimerkiksi fotosynteesin toimintamekanismeissa (Fleming and Scholes, 2004). Kvanttimekaniikan universaalius ei kuitenkaan ole este sen merkitykselle tietoisuudessa. Aivojen tutkimuksessa on usein edetty samojen trendien mukaan, kuten muussakin tieteessä. Sama pätee kvanttimekaniikassa – koska olemme siirtymässä kvanttilaskennan aikakauteen, on luontevaa, että muutenkin pinnalla olevia teorioita sovelletaan myös aivojen toiminnan ymmärtämiseen.

Beta-aaltoja ja aivoalueita

Toinen teoria, jonka olen neurotieteen parissa kohdannut, on se, että tietoisuus liittyisi tietyn taajuisiin aivoaaltoihin. Aivoaallot ovat rytmikästä, toistuvaa hermosolujen sähköistä aktiivisuutta eli hermosolujen välistä yhteydenpitoa (Das, 2018), jota voidaan mitata aivosähkökäyrällä. Aivoaallot ovat taajuudeltaan ~1-42 hertsiä, ja niistä erityisesti hereillä oloon liitetyt nopeammat beta-aallot (~13–38 Hz) ovat kiinnostaneet myös tietoisuustutkijoita. Parhaiten aivoaaltoteoriaa tukee se, että aallot ovat hitaimmillaan tiedottomassa tilassa (esim. anestesiassa, unessa), mutta nopeutuvat heräämisen ja valpastumisen myötä. Tämä kuitenkin tukee vain sitä, että hereillä olevat aivot ovat eri lailla aktiiviset kuin nukkuvat aivot. Näyttö aivoaaltojen erityisestä roolista tietoisuudessa sen hienovaraisemmassa merkityksessä on kuitenkin rajallinen.

Joissakin tutkimuksissa pyritään paikantamaan tietoisuus johonkin kohtaan aivoissa, paikantamaan alueet, missä tietoisuus sijaitsisi, tai tunnistamaan se, mikä on pienin tekijä aivoissa, joka tietoisuuden syntyyn vaaditaan. En kuitenkaan usko, että tietoisuudelle on mitään varsinaista paikkaa, vaan tietoisuus liikkuu dynaamisesti siellä missä aivokuorella on muutenkin aktiivisuutta, vaikkakin esimerkiksi talamuksella on merkittävä roolinsa tietoisuudessa (Redinbaugh et al., 2020). Dynaaminen liikkuminen aivokuorella voisi tarkoittaa esimerkiksi mainitsemiani kvanttimekaanisia ilmiöitä mikrotubuluksissa tai aivojen rytmikkäitä beta-aaltoja.Ehkäpä nämä kaksi lähestymistapaa käsittelevätkin samoja ilmiöitä eri näkökulmista, hieman eri tasoilla: aivoaallot kuvaavat hermosolujen välisiä vuorovaikutuksia, kun taas kvanttimekaniikka hiukkasten välisiä. Entä jos tämä liike onkin jotain ihan muuta kuten entropiaa eli epäjärjestystä (Mateos et al., 2018)? On yhä kuitenkin mahdollista, että aivokuoren aktiivisuus on yhtä kuin tietoisuus, jolloin esimerkiksi talamus toimisi porttina aivokuorelle. Kuitenkin edellä mainittujen argumenttien pohjalta uskoisin, että tietoisuuden selittämiseen tarvitaan vielä jotakin lisää.

En henkilökohtaisesti koe olevani mitenkään erityisen tietoinen yksilö, mutta tietoisuutta on siitä huolimatta ihan mielenkiintoista pohtia. Lisäksi tätä olemassaolon mysteeriä on jotenkin helpompi jäsentää tieteen avulla.

Lähteet:

Baird, B., LaBerge, S., Tononi, G., 2021. Two-Way Communication in Lucid REM Sleep Dreaming. Trends Cogn. Sci. 25, 427–428. https://doi.org/10.1016/j.tics.2021.04.004

Das, T., 2018. Brain Waves Create Consciousness. Int. J. Dev. Res. 08, 19985–19988.

Fleming, G.R., Scholes, G.D., 2004. Quantum mechanics for plants. Mol. Biol. Evol. 431, 256–257. https://doi.org/10.1093/molbev/msh229

Hameroff, S., Penrose, R., 2014. Consciousness in the universe: A review of the ‘Orch OR’ theory. Phys. Life Rev. 11, 39–78. https://doi.org/10.1016/j.plrev.2013.08.002

Mateos, D.M., Guevara Erra, R., Wennberg, R., Perez Velazquez, J.L., 2018. Measures of entropy and complexity in altered states of consciousness. Cogn. Neurodyn. 12, 73–84. https://doi.org/10.1007/s11571-017-9459-8

Redinbaugh, M.J., Phillips, J.M., Kambi, N.A., Mohanta, S., Andryk, S., Dooley, G.L., Afrasiabi, M., Raz, A., Saalmann, Y.B., 2020. Thalamus Modulates Consciousness via Layer-Specific Control of Cortex. Neuron 106, 66-75.e12. https://doi.org/10.1016/j.neuron.2020.01.005