Ние сме, както се казва, "изтъкани от материала на звезди и свръхнови", което ни свързва с едни от най-грандиозните обекти в космоса, но едно проучване, публикувано през 2016 г., за което ни напомня ScienceAlert, предполага, че уникалното (засега) наше свойство "съзнание" може да се свърже с един процес, който управлява Вселената и най-вероятно я води към нейната смърт.

Точно като Вселената, нашите мозъци може да са програмирани да максимизират безпорядъка – подобно на принципа на ентропията – и нашето съзнание може просто да бъде страничен ефект, предполагат авторите на статията.

Изследователите установяват, че нормалните будни състояния са свързани с максимални стойности на това, което те наричат "​​ентропия на мозъка".

Човешкото съзнание, т.е. нашата способност да осъзнаваме себе си и заобикалящата ни среда, е вековна загадка с още много неизвестни и пред учените все така стоят въпросите: откъде идва, кога се е появило и защо го имаме.

Според хипотезата на проучването от 2016 г., ръководено от Рамон Гевара Ера (Ramón Guevara Erra), физик от Парижкия университет Декарт, съзнанието възниква естествено в мозъците ни в резултат на максимизирането тяхното информационно съдържание. С други думи съзнанието е страничен ефект от преминаването на мозъка ни към състояние на по-голям безпорядък или ентропия. 

Ентропията показва докъде е стигнала една система в движението си от ред към безпорядък. 

Един най-познатите резултати от втория закон на термодинамиката е, че кафето ни изстива винаги до стайна температура. Това показва, че енергията постоянно се разсейва и ентропията на Вселената винаги се увеличава. Ентропията обяснява и защо стрелата на времето винаги се движи само напред.

След Големия взрив Вселената постепенно преминава от състояние на ниска ентропия към висока ентропия.

Ако разтръскаме буркан (затворена система) с разноцветни топчета, те могат и да се подредят, но това е малко вероятно. Много по-вероятно е топчетата да са хаотично подредени. Ако хвърляме "спонтанно" тухли, макар, че левия вариант е по-желан, то той е малко вероятен, по-вероятно е да се получи безформена купчина от тухли. Кредит: F5T25

В момента обаче във Вселената съществуват области на подреденост с ниска ентропия - обекти, които не се разпадат сами и остават едни и същи дълго време (планети и живот например). Те са изключения в хаотичната Вселена.

Изследователите решават да проучат дали връзките в мозъците ни показват някакви закономерности в начина, по който избират да се подредят, докато сме в съзнание.

За да направи това, екип от Университета в Торонто и Парижкия университет "Декарт" използва вид теория на вероятностите, наречена статистическа механика.

Статистическата механика

Статистическата механика е много добра в обяснението на макроскопичните термодинамични свойства на физическите системи от гледна точка на поведението на микроскопичните частици, съставящи тези системи. Окуражени от този успех, физиците все по-често се опитват да направят подобно нещо с мозъка: а именно да използват статистическа механика за моделиране на мрежите от неврони.

Ключово за това е изследването на синхронизацията – как електрическата активност на един набор от неврони може да осцилира във фаза с тази на друг набор. Синхронизацията на свой ред предполага, че тези набори от неврони са физически свързани един с друг, точно както осцилиращи физически системи, като махалата, се синхронизират, когато са свързани заедно.

Новата работа се основава на наблюдението, че съзнанието или поне правилното функциониране на мозъците е свързано не с високи или дори ниски степени на синхронност между невроните, а със средни количества. Хосе Луис Перес Веласкес (Jose Luis Perez Velazquez), биохимик от Университета в Торонто, и колега на Рамон Гевара Ера, предполага, че това, което се максимизира по време на съзнанието, не е самата свързаност, а броят на различните начини, по които може да се постигне определена степен на свързаност.

Много начини за свързване

Рамон Гевара Ера посочва, че има само един начин да се свърже всеки набор от неврони в мрежа с всеки друг набор, точно както има само един начин да няма никакви връзки. За разлика от това, отбелязва той, има много различни начини, по които може да се организира междинен среден брой връзки.

За да тестват хипотезата си, изследователите използват данни, събрани преди това от Перес Веласкес, показващи емисиите на електрическо и магнитно поле от мозъците на девет души, седем от които страдат от епилепсия.

По-конкретно, те разглеждат синхронизацията на невроните - дали невроните осцилират във фаза един с друг - за да разберат дали мозъчните клетки са свързани или не.

Данните са анализирани в две части. В едната, те моделите на свързване, когато участниците са заспали и когато са будни. И след това  разглеждат разликата, когато петима от пациентите с епилепсия са получавали припадъци и когато мозъците им са били в нормално, "будно" състояние.

И в двата случая крайният резултат е един и същ: мозъците на участниците показват по-висока ентропия, когато са в състояние на пълно съзнание.

"Намираме изненадващо прост резултат: Нормалните състояния на будност се характеризират с най-голям брой възможни конфигурации на взаимодействия между мозъчните мрежи, представляващи най-високи стойности на ентропия", пише екипът.

Това кара изследователите да твърдят, че съзнанието може просто да бъде "възникващо свойство" на система, която се опитва да максимизира обмена на информация.

Нововъзникващо свойство

Перес Веласкес, Гевара Ера и колегите им твърдят, че съзнанието може просто да бъде "възникващо свойство" на система – мозъка – която се стреми да максимизира обмена на информация и следователно ентропията, тъй като това помага за оцеляването на носителя на мозъка, позволявайки му да моделира по-добре своята среда.

По въпроса за ентропията обаче Гевара Ера е предпазлив. Той казва, че лично той би искал да разбере по-добре физическите процеси, протичащи в мозъка, преди да използва етикета "ентропия", обяснявайки, че Перес Веласкес е искал да използва термина в тяхната статия. Би било добре да се извършат нови експерименти, които измерват термодинамичните състояния на мозъците на субектите. Той отбелязва например, че магнитният резонанс може да се използва за измерване на оксигенацията, която е пряко свързана с метаболизма и следователно с генерирането на топлина.

Гевара Ера добавя, че би искал да разшири техните разследвания извън болницата, за да обхване по-фино, но общо когнитивно поведение. Идеята е да се наблюдава променящата се мозъчна дейност на човек, докато се фокусира върху изпълнението на конкретна задача, като например разграничаване на музикални тонове или опит за намиране на път в лабиринт. Това, казва той, трябва да помогне да се установи дали вариращата "ентропия" корелира със степента на осъзнатост, както и просто с присъствието или отсъствието на съзнание.

Физикът Питър МакКлинток (Peter McClintock) от Университета в Ланкастър, Великобритания, който не е участвал в изследването, заявява пред Physics World, че резултатите са "интригуващи", но трябва да бъдат възпроизведени в по-голям брой субекти, включително експерименти по време на други състояния на мозъка, като например докато пациентите са под анестезия.

"Извънредните претенции изискват извънредни доказателства"

Изследването е толкова вълнуващо, че е редно да охладим ентусиазма си и да си припомним думите на Карл Сейгън, че "извънредните претенции изискват извънредни доказателства". И защото е още много рано.

"Но изследването е добра отправна точка за по-нататъшни изследвания и намеква за възможна нова хипотеза защо мозъците ни са склонни да имат съзнание", казва Фиона Макдоналд от ScienceAlert.

"Едва сега започваме да разбираме как организацията на мозъка може да повлияе на нашето съзнание, но това е доста очарователна заешка дупка, в която да паднем. И хубаво напомняне, че всички сме свързани от законите, които управляват Вселената", заключава Макдоналд.

Statistical mechanics of consciousness: Maximization of information content of network is associated with conscious awareness; R. Guevara Erra, D. M. Mateos, R. Wennberg, and J. L. Perez Velazquez
Phys. Rev. E 94, 052402 DOI: https://doi.org/10.1103/PhysRevE.94.052402 , достъпно в https://arxiv.org/abs/1606.00821 

Human Consciousness Could Be a Side Effect of Entropy, Study Suggests, 19 October 2023, FIONA MACDONALD, ScienceAlert

Consciousness is tied to ‘entropy’, say researchers, Physics World