Uma Teoria de Campo Testável da Interação Mente-Cérebro
Benjamin Libet, Departamento de Fisiologia, Universidade de Califórnia, São Francisco, CA 94143-0444, EUA
Resumo: O artigo começa por contrastar a natureza unitária de experiência consciente com a localização demonstrável de acontecimentos neurais. Os filósofos e neurocientistas desenvolveram modelos para explicar este paradoxo, mas eles ainda têm que ser testados empiricamente. O autor propõe um ‘Campo Mental Consciente’, que é produzido, mas é fenomenologicamente distinto, pela atividade cerebral. A hipótese é, em princípio, aberta a verificações experimentais. O artigo sugere procedimentos cirúrgicos apropriados e algumas das dificuldades que necessitariam ser superadas em tal experiência.
Um dos problemas mais misteriosos e aparentemente intratável no relacionamento da mente-cérebro é o da natureza integrada unitária da experiência consciente. Temos um cérebro com cerca de 100 bilhões de neurônios, cada um podendo ter milhares de interligações com outros neurônios. É crescentemente evidente que muitas funções do córtex cerebral são localizadas. Isto não é somente verdade com relação às áreas sensórias primárias de cada modalidade sensorial, das áreas motoras que comandam movimento, e das áreas de fala e linguagem — tudo o qual tem sido conhecido por algum tempo. Muitas outras funções agora acham outras representações localizadas, incluindo interpretações visuais de cor, forma e velocidade de imagens, reconhecimento de rostos humanos, preparação para ações motoras, etc. A função localizada parece se estender mesmo ao nível microscópico dentro de qualquer área dada. O córtex parece ser organizado em colunas verticais de células anatômicas e funcionais, com interligações discretas dentro da coluna e com outras colunas próximas e distantes, assim como com estruturas seletivas subcorticais. Esta visão colunar começou com os achados de Mountcastle (1957) e foi grandemente estendido por ele e por outros; por exemplo, há as localizações colunares de formas visuais e de movimentos e de visão binocular como descoberto por Hubel e Wiesel (1962).
Apesar da formação enormemente complexa de funções localizadas e representações, as experiências conscientes relacionadas ou extraídas por estas características neuronais tem uma natureza unificada e integrada. O que quer que seja que alcança a consciência não é experimentado como uma infinitamente detalhada formação de acontecimentos largamente individuais. Pode ser argumentado que esta discrepância surpreendente entre representações neuronais particularizadas e experiências unitárias integradas conscientes, simplesmente devem ser aceitas como parte de uma falta geral de isomorfismo entre acontecimentos neurais mentais. Mas isso não excluiria a possibilidade que algum processo unificante ou fenômeno possam mediar a profunda transformação em questão.
O problema geral tem sido reconhecido por muitos outros, voltando pelo menos a Sherrington (1940) e provavelmente ainda antes. Eccles (em, Popper e Eccles, 1977, p. 362) especificamente propôs que ‘a unidade experimentada não vem de uma síntese neurofisiológica mas do caráter proposto integrante da mente insegura’. Isto foi proposto junto com uma visão dualista-interacionista em que uma mente não material separada pode detectar e pode integrar as atividades neuronais. Os neurocientistas mais monisticamente inclinados também tem chegado em pareceres relacionados (p.ex. Sperry, 1952. 1980; Doty, 1984), i.e. essa integração parece ser melhor responsável pela esfera mental ainda que alguém veja a experiência subjetiva como uma qualidade interior do ‘substrato’ do cérebro (como uma teoria da identidade) ou como uma propriedade emergente dele. Há um consenso de crescimento que nenhuma célula solitária nem grupo de células seja possível ser o local de uma experiência consciente, mas pelo contrário que a experiência consciente é um atributo de uma função mais global ou distribuída do cérebro. A descoberta recente de uma sincronização comum de respostas neuronais oscilatórias a certas configurações visuais (Gray e Singer, 1989; Singer, 1991) levou a alguma especulação que um poder de modelo de ‘correlação’ representa a codificação neural para reconhecer uma imagem unificada num fundo contrariamente caótico. Esta especulação ainda está para ser testada.
Um segundo problema aparentemente intratável no relacionamento de mente-cérebro envolve a direção inversa. Não há nenhuma dúvida que acontecimentos cerebrais ou processos podem influenciar, podem controlar e presumivelmente podem ‘produzir’ acontecimentos mentais, inclusive conscientes. O contrário disto, que processos mentais podem influenciar ou controlar o neuronal, tem permanecido freqüentemente inaceitável a muitos cientistas (geralmente inexpressivos) em terrenos filosóficos. Ainda, nossos próprios sentimentos de controle consciente de ao menos algumas de nossas ações comportamentais e operações mentais pareceriam fornecer à primeira vista evidencias para interação tão inversa, a menos que alguém suponha que estes sentimentos são ilusórios. Eccles (1990; Popper e Eccles, 1977) propôs uma solução dualística, em que unidades mentais separáveis (chamadas psychons) pode afetar a probabilidade de liberação transmissores pré-sinápticos. Sperry (1952, 1985. 1980) propôs uma solução monista, em que a atividade mental é uma propriedade emergente da função cerebral; embora o mental esteja contido dentro de uma estrutura macro-determinística, pode “sobrevir”, embora não “intervenha”, na atividade neuronal. No entanto, ambos pareceres permanecem teorias filosóficas, com poder explanatório mas sem formatos experimentalmente testáveis.
Como uma solução possível experimentalmente testável a ambas as características do relacionamento mente-cérebro, eu proporia que podemos ver experiência subjetiva consciente como se fosse um campo, produzido por atividades neuronais apropriadas embora multiformes do cérebro.
O Campo Mental Consciente (CMF)
Uma qualidade principal ou atributo do campo mental consciente (CMF) seria uma experiência subjetiva unificada ou unitária. Um segundo atributo seria uma capacidade causal afetar ou alterar as funções neuronais. O significado adicional ou poder explanatório para descrever a experiência subjetiva em termos de um CMF tornar-se-á mais evidente com a prova experimental proposta da teoria. Isso é, o CMF é proposto como mais que somente outro termo para referir a ‘experiência subjetiva unificada’.
O CMF putativo não estaria em qualquer categoria de campos físicos conhecidos, tais como o eletromagnético, gravitacional, etc. O campo mental consciente estaria num categoria fenomenologicamente independente; não é descritível em termos de quaisquer acontecimentos físicos externamente observáveis nem de qualquer teoria física conhecida como atualmente constituída. No mesmo sentido quanto a todos acontecimentos subjetivos, o CMF seria detectável só em termos da experiência subjetiva, acessível só ao indivíduo que tem a experiência. Um observador externo só pode ganhar evidência direta válida sobre o campo mental consciente de um relatório introspectivo pelo sujeito individual. Neste quesito o campo mental consciente diferiria de todos campos físicos conhecidos, cuja existência e características são derivadas de observações físicas.
Por outro lado, o CMF proposto deve ser visto como um fenômeno operacional, i.e. como uma atuante e testável característica da função do cérebro. Não é proposto como uma visão de origem metafísica e natural da mente; de fato, poderia ser mostrado ser potencialmente compatível com praticamente qualquer teoria filosófica da mente-cérebro. O CMF pode ser visto como algo análogo a campos físicos conhecidos. Por exemplo, um campo magnético é produzido por uma corrente elétrica fluindo num condutor, mas pode em volta influenciar o fluxo da corrente. No entanto, como indicado, o CMF não pode ser observado diretamente por meio físico externo.
A interação proposta entre o cérebro e o CMF difere da ‘hipótese unitária de interação mente-cérebro’ proposta por Eccles (1990). Eccles postula que cada unidade putativa de função mental (um “psychon”) é associada com um agregado neural específico (um ‘dendron’); a teoria presente não postula tal relacionamento fixo específico. Na teoria de Eccles, a questão de como a ativação neural é traduzida num evento mental é lidada hipotetizando uma interação sináptica específica com o psychon. Ele propõe que quando um input sináptico a um dendrito torna possível para um ‘psychon (a) com êxito selecionar uma (pré-sináptica) vesícula para exocitose (isso é para liberação), o ‘micro-êxito’ é registrado no psychon para transmissão pelo mundo mental’. Na teoria presente a apropriada (atualmente sem especificar) atividade neural diretamente contribui com alguma alteração no CMF total; a contribuição não depende sobre uma ação pela fase mental (o psychon, na teoria de Eccles) numa função sináptica.
Como é o atributo do CMF da experiência subjetiva unificada relacionado a sua produção por contribuições de áreas locais neuronais? Alterações locais no CMF seriam refletidas num campo totalmente mudado, mas aí não seria um mecanismo separadamente necessário para a transmissão e integração de tais contribuições locais. Pensar em termos de uma transmissão e processo de integração seria continuar pensando em termos dos acontecimentos neurais externamente observáveis. Fazer assim seria um equívoco da natureza do CMF proposto, que está numa categoria fenomenológica não reduzível a (embora intimamente relacionado com) processos neuronais. Não há sem dúvida regras para (ao menos muito do) o relacionamento entre o CMF e os fisicamente (externamente) processos neurais observáveis. Mas as regras não são descritas a priori, i.e. antes delas serem descobertas pelo estudo de ambos fenômenos simultaneamente (p.ex. Libet, 1987, 1989).
Parece evidente, dos estudos do ‘cérebro-dividido’ de Sperry et al. (1969; Sperry, 1985), que a transação das principais ligações comunicantes entre os dois hemisférios cerebrais resultam em conteúdo simultaneamente diferente da experiência para os dois lados. Evitarei aqui o argumento sobre se o isolado hemisfério direito não-falante de fato ‘tem’ ou não tem experiência consciente. O que está claro, no entanto, é que o conteúdo de acontecimentos mentais conscientes do hemisfério direito não está disponível no hemisfério esquerdo nesta condição. Isto implicaria que quaisquer contribuições de atividade do hemisfério direito a um campo mental não pode alterar diretamente o CMF do hemisfério esquerdo. Isso é, a unidade do CMF iria, nestas circunstâncias, ficar restringida a um hemisfério dado. Também implicaria que as contribuições de áreas neurais locais ao CMF total de um hemisfério são eficientes só quando contíguo com aqueles de outras áreas; i.e. as contribuições não seriam eficientes através de lacunas substanciais de espaço nem de barreiras não-neurais.
Design Experimental para Testar a Teoria
A teoria de um CMF faz predições cruciais que podem, ao menos em princípio, ser testadas experimentalmente. Se áreas locais de córtex cerebral independentemente podem contribuir ou alterar o CMF unitário maior, deve ser possível demonstrar tais contribuições quando (A) essa área cortical está isolada completamente ou desligada das comunicações neuronais com o resto do cérebro, mas (B) as áreas restantes in situ, vivas e mantidas funcionantes de alguma maneira conveniente para que suficientemente assemelhem-se em seu comportamento normal. A predição experimental a ser testada seria como segue: Ativação elétrica e/ou química do tecido isolado deve produzir ou deve afetar uma experiência consciente, mesmo que o tecido não tenha nenhuma conexão neural com o restante do cérebro. As possibilidades de extensão de influências do bloco isolado via caminhos não-neurais físicos (p.ex. fluxo de corrente elétrica) teriam que ser controladas. Se uma experiência subjetiva é induzida e reportada dentro de um segundo ou quase, isso tenderia a excluir a extensão por difusão química ou por mudanças na circulação vascular ou no conteúdo de sangue circulante como uma causa (ver Ingvar, 1955b).
O isolamento neuronal conveniente poderia ser alcançado tanto por (A) cortando cirurgicamente todas conexões do resto cérebro, mas deixando conexões vasculares suficientes e circulação intacta, ou (B) por temporariamente bloqueando toda a condução de nervos dentro e fora de uma área. O isolamento cirúrgico (A) será discutido mais adiante. O isolamento funcional (B) poder ser alcançável injetando agentes bloqueantes em quantidades pequenas a fim de formar um anel de bloqueio ao redor de e sob um bloco selecionado de córtex cerebral. Um agente de anestesia local pode ser usado, tal como procaína convenientemente amortecida a pH 7,4 em solução de Ringer. Ou, o bloqueador seletivo de potenciais de ação conduzidas por sódio, tetrodotoxina, podia ser combinado com um bloqueador de canal de cálcio como verapamil (para assegurar que a ação dos potenciais mediados por cálcio não escapariam ao bloqueio; ver Garcia Ramos e Ibarra, 1973). A vantagem do método farmacológico (B) para o isolamento é sua reversibilidade; isto permitiria seu uso em áreas de córtex não programadas para excisão cirúrgica, assim grandemente aumentando a amostra potencial de indivíduos (se os fatores de risco apropriados são encontrados). As desvantagens do método (B) são (i) a dificuldade de limitar o bloqueio a uma faixa estreita ao redor da placa, por causa da difusibilidade, (ii) a necessidade provar que um bloqueio completo foi alcançado; (iii) uma capacidade reduzida introduzir inputs neurais na placa isolada pela excitação de ascendentes fibras nervosas dentro da placa mas perto de suas fronteiras mais baixas.
Placa Cirurgicamente Isolada do Córtex, In Situ
Uma placa de córtex cerebral pode ser neuralmente isolada cirurgicamente, permanecendo no lugar mas viável por reter seu estoque de sangue como a única conexão com o restante do cérebro. Isto é conseguido pela feitura de todos os cortes subpialmente. Os estudos da atividade eletrofisiológica de tal córtex isolado in situ foram informados (Kristiansen and Courtois, 1949; Burns, 1951, 1954; Echlin et al., 1952; Ingvar, 1955a, 1955b; Goldring et al., 1961). O método básico envolveu a introduão uma lâmina curvada estreita por uma abertura numa área vascular da membrana pia-aracnóide. Isto pode cortar por baixo um bloco ou placa de córtex e, trazendo sua ponta até encontrar o pia em alguma distância longe, também cortando as conexões ao córtex adjacente. Num estudo anterior (de como cortes verticais em conexões cortico-cortical podem afetar a função organizada integrada do córtex sensório-motor em macacos) Sperry (1947) tinham usado uma técnica um tanto diferente. O instrumento cortante era uma lâmina de dois gumes extremamente fina feita de um fio bom ou agulha de costura. O final afiado deste fio foi dobrado a um certo ângulo; esta porção terminal da lâmina podia ser afundada verticalmente no córtex de modo que seu braço horizontal fica justamente sob a pia. Quando a faca vertical é empurrada adiante, corta pelo córtex, enquanto sua armação horizontal desliza somente sob a pia. Esta técnica facilmente podia ser organizada para produzir cortes por baixo do córtex também. A vantagem potencial do método de Sperry reside na linha muito fina de estrago de tecido criado por esta faca, capaz de produzir cicatrizes crônicas menores que 100 um de grossura. Isso seria particularmente desejável se a placa isolada permanecesse in situ por razões terapêuticas.
O isolamento de uma placa de cortical também foi executado em indivíduos humanos, por Echlin et al. (1952), com anestesia tanto geral e local (paciente acordado). Informaram uma redução imediata mas não completa abolição de atividade elétrica rítmica (EEG) na área. Depois que 20 min., estouros paroxísmicos de atividade de alta voltagem apareceram. Esta terra do teste padrão da apreensão no cérebro normal é associada geralmente com o rompimento ou a distorção de funções normais e, na área motora, de convulsivas ações motoras. Não havia nenhuma extensão de atividade da placa isolada a áreas adjacentes. Com só cortes por baixo de uma área cortical de indivíduos inumanos sob anestesia local, Henry e Scoville (1952) também informaram atividade espontânea de autógenos mas de uma quantidade notadamente diminuída. Além do mais, estouro de ondas lentas e rápidas alternadas com períodos calmos; estes foram confinados às áreas de corte feito por baixo mesmo quando havia continuidade neural superficial com áreas adjacentes. Em um caso um período prolongado de atividade elétrica de alta-voltagem seguiu sondar para o cume do esfenóide abaixo do córtex frontal; isto indica que o estímulo (neste caso mecânico) do input de fibras já cortadas podem induzir mais atividade no córtex agudamente isolado.
As propriedades fisiológicas da placa isolada obviamente são alteradas imediatamente por causa da perda repentina de todos os inputs. Por exemplo, é bem conhecido que a destruição da ativação do sistema reticular no talo de cérebro resulta num coma; este input aferente adequadamente teria que ser animado a fim de ‘acordar’ a placa isolada do córtex. Alguns procedimentos para restaurar alguns níveis de atividade suficientemente normal seriam necessários. Estes podem envolver estímulo elétrico local (p.ex. Libet et al., 1964) ou a aplicação de agentes excitantes químicos. O estímulo químico do córtex isolado já foi estudado (Kristiansen and Courtois, 1949; Echlin et al, 1952; Rech e Domino, 1960). Com um período mais longo de isolamento crônico, a fibra nervosa entra e seus contatos sinápticos com as células na placa degeneram e não fornecem mais estes contatos estruturais normais. Os estudos propostos neste artigo seriam melhor executados na fase aguda, durante o período inicial depois do isolamento. De fato, com o corte de axônios aferentes ainda viáveis e potencialmente funcionais, eles podiam ser utilizados para restaurar algum grau de inputs neurais estimulando-os eletricamente dentro da placa de um modo controlado altamente localizado.
Com o isolamento cirúrgico a perda irrecuperável da função neural normal para uma placa cortical limitaria os estudos a casos em que uma placa de tecido fosse designada para remoção cirúrgica terapêutica do cérebro. O estudo então seria executado no lugar operativo antes da excisão real do tecido, se outras condições também fossem encontradas. Estes incluem — o paciente está acordado e responsivo; usando anestesia local ao invés da geral; consentimento informado e pronta cooperatividade pelo paciente; aprovação de quaisquer avaliações de risco por todos os envolvidos, particularmente o comitê hospital/universitário para proteção de indivíduos humanos. De fato, muitos pacientes descobriram-se tolerar cirurgias do cérebro sob anestesia local e participar rendendo frutos em muitos estudos passados (p.ex.. Penfield, 1958; Libet et al., 1964; Libet, 1973).
Um requisito especial mais distante da experiência é que a placa cortical a ser isolada deve ser uma em que, quando esse tecido cortical está ainda íntegro antes do isolamento, um estímulo elétrico local pode extrair uma experiência subjetiva consciente que é introspectivamente informativa. Os candidatos óbvios são quaisquer das áreas sensórias primárias — somáticas, auditivas ou visuais, para quais a estimulação elétrica conveniente da superfície é conhecida para extrair uma experiência sensória primitiva (p.ex. Libet, 1973, 1982). No entanto, o estímulo de algumas outras áreas corticais, particularmente no lóbulo temporal, tem sido reportadas a extrair experiências conscientes mais complexas (p.ex. Penfield, 1958). Em qualquer caso, seria desejável que um pouco de tecido respondente completamente normal está incluído dentro da placa programado para extirpação; mas neurocirurgiões quase sempre incluem tais bits normais para alcançar uma remoção adequadamente terapêutica do tecido patológico.
A prova da existência de um CMF que pode unificar experiência subjetiva seria ver onde a estimulação elétrica ou química de uma convenientemente placa isolada cortical ‘normalizada’ pode extrair um relatório introspectivo de uma experiência. O local da placa cortical teria que ser um em que o estímulo elétrico conveniente extraia uma experiência informativa reportável quando o cérebro está íntegro. Há a possibilidade que tal local cortical secundariamente deve ativar certas outras áreas adicionais para produzir a experiência consciente. Nesse caso estas outras áreas podem ter que ser identificadas, e múltiplas placas isoladas que incluem tais áreas são incluídas na prova experimental de estímulo. Em caso de um resultado positivo, possíveis fontes de extensão física do estímulo ao restante do cérebro teriam que estar excluídas, como notado acima.
Uma prova da capacidade causal do CMF putativo a afetar
funções neuronais está já implícita na prova recém
descrita para a existência do CMF. Se o estímulo da placa isolada cortical pode
extrair um relatório introspectivo do indivíduo, isso só pode realizar-se se o
CMF pode ativar as áreas cerebrais apropriadas exigidas para produzir o
relatório verbal. No entanto, outras provas específicas são também possíveis
com áreas corticais que descobriu-se aumentar
especificamente sua atividade quando um indivíduo com um cérebro íntegro
imagina a fabricação de alguns movimentos ou imagina alguma experiência
sensória. Por exemplo, a atividade neural (como indicado por medidas de fluxo
regional de sangue ou índice metabólico) foi mostrado
aumentar seletivamente na área suplementar motora (SMA) quando o indivíduo é
pedido imaginar mover os seus dedos sem realmente move-los (Ingvar
e Phillipson, 1977; Roland e Friberg,
1985). Eccles tomou isto sendo uma demonstração de
uma ação mental afetando atividades neurais. Mas há dificuldades com tal
conclusão dessa experiência: A) há a limitação técnica de resolução temporal
pelo fluxo de sangue. A medida de metabolismo não é suficientemente boa para
permitir uma conclusão definitiva sobre o que veio primeiramente — a imagem mental
ou o aumento da atividade do SMA, B) Se forem mostrados que os acontecimentos
mentais vieram primeiramente aqui, isso certamente seria insinuante do tipo de
interpretação de Eccles; mas há sempre a
possibilidade que o processo inteiro foi iniciado por alguns eventos neurais em
outra parte no cérebro demais pequeno ou orientado de forma a não ser
registrado por um dado método de gravação. A menos que o acontecimento mental
(de imagem ou comando) pudesse ser mostrado preceder qualquer possível
acontecimento neural especificamente relacionado ao processo estudado, sempre
haverá dúvida sobre a natureza da interação causal. Com a placa cortical
neuralmente isolada, não há tais dificuldades de interpretação. Por outro lado,
quaisquer influências indiretas ‘extra-neuronais’ em
outra parte no cérebro teriam que ser avaliadas e teriam que ser excluídas. Por
exemplo, Ingvar (1955b) tinha informado que a
estimulação do sistema de ativação reticular no talo do cérebro pode
influenciar a atividade eletrofisiológica no córtex
completamente isolado. Este efeito pareceu ser mediado por uma mudança na
circulação de sangue mas teve um estado latente longo
de
Se, por exemplo, alguém tiver disponível uma placa cortical neuralmente isolada no SMA, alguém podem repetir a experiência descrita acima, de pedir ao indivíduo que imagine mover seus dedos. As gravações de respostas eletrofisiológicas poderiam ser adicionadas aquelas de fluxo de sangue e metabolismo. O isolamento de uma placa de SMA é um das possibilidades mais complicadas, mas uma experiência semelhante em princípio poderia ser projetada para certas outras áreas corticais mais acessíveis ao isolamento terapêutico.
Conclusões Gerais
Suponha que os resultados experimentais provam ser positivos, i.e. estímulo conveniente do córtex neuralmente isolado extrai alguma informativa resposta subjetiva que não é atribuível a estímulos de córtex não-isolados adjacentes nem de outras estruturas cerebrais. Isso quereria dizer que a ativação de uma área cortical pode contribuir para a experiência consciente unificada total por algum modo que não por mensagens neurais entregues via condução de nervo etc. Isto forneceria apoio crucial da teoria proposta de campo, em que uma área cortical pode contribuir ou afetar o campo consciente maior. Isto forneceria uma base experimental para um campo unificado de experiência subjetiva e para a intervenção mental em funções neuronais.
Com tal achado alguém pode perguntar, qual seria o papel para todas as complexas e imensas interligações neurais, cortico-cortical, cortical-subcortical e hemisfério a hemisfério? Uma possível resposta seria — ajudar todas as funções cerebrais à exceção daquela diretamente relacionada à aparência da experiência subjetiva consciente e seu papel no desejo consciente. Deve ser anotado que todas funções cognitivas (recebimento, análise, reconhecimento de sinais etc), armazenamento de informação, aprendizagem e memória, processos de despertar e de atenção e de estados de afetos e disposição, etc, não são propostos como funções a serem organizadas nem mediadas pelo CMF postulado (campo mental consciente). Em resumo, é somente o fenômeno da experiência subjetiva consciente, associado com todas as funções cerebrais complexas, isso é modeladas no CMF, de uma maneira reconhecidamente especulativa.
Pode ser fácil descartar a possibilidade de obter
resultados ‘positivos’ nas provas experimentais propostas, desde que tais
resultados seriam completamente inesperados de pareceres predominantes de
funções de cérebro baseado em conectividades físicas e interações. Mas a
improbabilidade de resultados positivos é estritamente uma função de pareceres
existentes que não negocia com êxito com os problemas da unidade da experiência
subjetiva e de controles mentais aparentes de processos do cérebro. As
implicações potenciais da teoria do CMF e dos resultados positivos que prediz
são claramente profundos
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