– Medvetandet är en lika grundläggande egenskap som energi och massa, hävdar neuroforskaren Christof Koch.

Koch är forskningschef för Allen Institute, ett av USA:s ledande hjärnforskningscenter, grundat av Microsoft-miljardären Paul Allen. Den excentriske Koch är ett av neurovetenskapens stora affischnamn. Hela sin karriär har han ägnat åt att knäcka medvetandets mysterium.

Medvetandets gåta äntrar labbet

– Vi forskare är reduktionister. Vi försöker reducera naturen i sina beståndsdelar. Det har varit en oerhört framgångsrik metod. Men för medvetandet har det visat sig oerhört svårt. Hur kan en klump nervceller ge upphov till något så väsensskilt som känslor och subjektiva upplevelser?

Frågan om vad som egentligen blåser liv i vår inre värld har sysselsatt filosofer i årtusenden. Bland naturvetare har medvetandets gåta varit ett flumstämplat, närmast tabubelagt område. Först under de senaste tjugo åren har frågan tagit klivet in i neuroforskarnas laboratorier. Koch tillhör pionjärerna. Med tekniker som magnetkamera har medvetandets plats i hjärnan börjat ringas in.

– Vi har lärt oss en hel del. Stora delar av hjärnan tycks inte ha med medvetandet att göra. Ta lillhjärnan till exempel. Den innehåller 70 av hjärnans 86 miljarder nervceller. Ändå kan du ta bort lillhjärnan och fortfarande ha ett fungerande medvetande. Samma sak gäller våra sinnen. Du behöver inga ögon för att drömma eller föreställa dig bilder. Mycket i hjärnan är helt enkelt omedvetna processer.

Medvetandets plats i hjärnan

Det del av hjärnan som tycks ligga bakom våra medvetna upplevelser omfattar hjärnbarken och en växlingsstation längre in kallad thalamus. Hela det här systemet är extremt sammanlänkat. När vi är vid medvetande tycks hjärnaktiviteten hela tiden sammankopplad i flera grundläggande nätverk. Men exakt hur medvetandet skapas råder det delade meningar om.

Enligt en teori fungerar medvetandet som ett slags globalt arbetsminne, som steg för steg sållar fram det för stunden mest intressanta i myllret av omedvetna intryck och processer. Den franske neuroforskaren Stanislas Dehaene har kunnat visa att ett synintryck förvandlas till en medvetet upplevelse först efter någon tiondels sekunds processande, när en tröskel passeras och en lång rad områden i hjärnbarken aktiveras.

Koch tycker att teorin om ett globalt arbetsminne är intressant, men att den undviker den grundläggande frågan – hur ett system med nervceller kan ge upphov till en subjektiv upplevelse.

Hur kan nervceller skapa känslor?

– Det här brukar kallas medvetandets ”svåra problem”. Hur kan ett biologiskt maskineri ge upphov till känslor och den inre värld vi upplever?

Tillsammans med sömnforskaren Giulio Tononi förespråkar Koch en annan teori, på fikonspråk kallad IIT – teorin om integrerad information.

– Vi kombinerar den moderna neurovetenskapen med den mest grundläggande kunskap vi kan ha om medvetandet, nämligen vår egna upplevelse. Precis som den franske filosofen René Descartes är vår utgångspunkt: ”Jag tänker, alltså är jag”.

Medvetna upplevelser kännetecknas enligt Koch av att de är oerhört mångfasetterade. Varje upplevelse rymmer en enorm mängd information. Samtidigt tycks de hela tiden sammanfogade i en helhet.

Medvetandet som informationsbehandling

Koch jämför med en digitalkamera. En kamera kan visserligen registrera en enorm mängd information. Men informationen är uppdelad i miljontals pixlar. Varje pixel rymmer en liten mängd information. Men en medveten upplevelse skapas enligt IIT först när informationen fogas samman till en helhet. Det som gör systemet i hjärnbarken unikt är enligt Koch dess förmåga att koppla samman mängder av information – syn, hörsel, lukt, minnen – till en extremt informationsrik helhet.

Enligt IIT kan allt det här uttryckas matematiskt. Ett systems grad av medvetande – phi – beräknas enligt teorin som den mängd information systemet förmår koppla samman. Till och med systemets subjektiva upplevelser kan enligt teorin beskrivas och jämföras matematiskt. Enligt IIT är vårt medvetande i slutänden hur det känns att vara hjärnans intrikata nätverk av nervceller i hjärnbarken och thalamus.

Vår inre värld

– Medvetandet är systemet upplevt inifrån. Som forskare ägnar vi all vår tid åt att studera sakers utsida. Vi tittar på hjärnans nervceller i ett mikroskop. Men det finns en insida också – nämligen du själv, hela din inre värld, allt du känner och upplever.

Kochs och Tononis teori är lika häpnadsväckande som kontroversiell. En första konsekvens är att medvetandet kan graderas. Också enklare system än människans hjärna borde teoretiskt sett ha ett medvetande. I princip skulle hela djurvärlden besjälas, om än i olika grad – från apor ända ner till enklare organismer. Och gränsen skulle inte ens gå här.

– Ta min iPhone. Har den också en insida? Känns det något att vara en iPhone? säger Koch och håller provocerande upp sin mobiltelefon. 

En iPhone har ju också känslor

Enligt Koch är svaret – ja, i princip skulle elektroniska apparater också kunna rymma ett minimalt medvetande.

– Medvetande är en grundläggande egenskap i naturen. Alla komplexa system med förmåga att koppla samman information har ett medvetande. Ur detta perspektiv består universum av tid, rum, massa, energi – och medvetande, konstaterar Koch med en konstpaus.

Den här typen av drastiska uttalanden har lett till att hela teorin kritiserats. En del menar att den gränsar till mystik och påminner om det uråldriga tankesätt som kallas panpsykism – att hela naturen är besjälad.

Kontroversiell teori

– Jag har stor sympati för panpsykism. Men IIT skiljer sig från panpsykism. Teorin har en exakt definition av medvetandet och kan beräkna dess storlek. Det finns inget übermedvetande som svävar mellan dig och mig. Det finns bara ditt och mitt medvetande, säger Koch.

Skillnaden mellan en dator och en människas hjärna handlar enligt Koch om systemets uppbyggnad. Datorer arbetar visserligen med enorma informationsmängder – men den kopplas inte ihop på samma intrikata sätt som i hjärnan. Därför skulle ett försök att skapa en konstgjord hjärna med dagens superdatorer enligt Koch misslyckas:

– Den skulle kanske bete sig som en mänsklig hjärna. Men den skulle vara helt tom på insidan. Som en zombie. För att skapa ett konstgjort mänskligt medvetande skulle man behöva återskapa hjärnans hårdvara. Kopiera nervcellernas intrikata nätverk och biokemiska maskiner, kanske ända ner till molekylnivå, hävdar Koch.

Medvetandemätaren

Teorins akilleshäl är att det är oerhört komplicerat att i praktiken beräkna ett systems medvetande. Också enkla system leder till enormt tunga beräkningar. För hjärnbarkens miljardtals nervceller är det i praktiken omöjligt. Istället har Koch och hans kollegor tagit en genväg. Tillsammans med den italienske neurofysiologen Marcello Massimini har Koch och Tononi utvecklat en mätutrustning för att grovt skatta graden av medvetande hos en människa. Mätaren stimulerar nervcellerna i ett område i hjärnbarken med hjälp av en magnetpuls. Sedan registreras hur signalen fortplantas med hjälp av EEG.

– Man kan säga att vi ”knackar” på hjärnan med magnetisk stimulering. Sen undersöker vi ”ekot” inne i hjärnan, berättar Massimini.

Hjärnan slår om vid sömn

Massiminis experiment visar att hjärnan i medvetet, vaket tillstånd ger ett komplext svar där aktiviteten fortplantar sig i stora delar av hjärnbarken. Samma sak gäller försökspersoner som drömmer. Vid djupsömn, hos nedsövda försökspersoner, eller för medvetslösa, hjärnskadade patienter, blir resultatet ett helt annat. Aktiviteten sprids bara lokalt och dör snabbt ut, ungefär som när en liten sten släpps i vatten.

– Skillnaden är mycket tydlig. När vi sover beror det här på att nervcellernas förmåga att förmedla komplex information upphör på naturlig väg. Hjärnan är fortfarande aktiv, men hela systemet slår om till ett annat läge. Förmågan att koppla samman information upphör, berättar Massimini.

Om medvetandemätaren fungerar lika bra som experimenten tyder på kan den få stor medicinsk betydelse.

Kan hjärnskadade väckas?

– Vår förhoppning är att mätaren ska kunna användas för att avgöra om svårt hjärnskadade, till synes medvetslösa patienter, som helt saknar förmåga att kommunicera, ändå kan ha ett kvarvarande medvetande, berättar Massimini.

Experimenten har visat att flera patienter som klassat som helt vegetativa – permanent medvetslösa – trots allt tycks ha en viss grad av medvetande. En nyckelfråga för Massimini är om de delar av hjärnan som är oskadad skulle kunna väckas.

– Hjärnan återgår ju trots allt till sitt normala läge efter vanlig sömn. Så frågan är om vi kan göra något liknande hos hjärnskadade patienter. Det här är något som vi kommer arbeta mycket med under kommande år, berättar Massimini.

Nästa steg – musens medvetande

På Allen Institute hoppas Koch å sin sida att gå vidare genom att applicera teorin på möss. Med alltmer sofistikerade metoder hoppas han kunna studera och påverka aktiviteten i enskilda nervkretsar kopplade till medvetandet – och därmed i detalj pröva teorins förutsägelser.

– Jag påstår inte att IIT är den slutgiltiga teorin om medvetandet. Men som jag ser det är det ett oerhört framsteg att vi kunnat formulera en teori som åtminstone i princip kan testas och prövas, avslutar Koch.