Per gran parte del Novecento lo studio degli stati non ordinari di coscienza è stato soprattutto un territorio della psicologia, della psichiatria, dell’antropologia, dell’etnobotanica, della filosofia. L’obiettivo era descrivere l’esperienza: classificarla, comprenderne la forma, individuarne le condizioni di comparsa e le possibili interpretazioni.Negli ultimi decenni qualcosa è cambiato. Accanto ai modelli descrittivi si è sviluppata una nuova direzione di ricerca che tenta di rappresentare la coscienza attraverso strumenti matematici. Non si tratta semplicemente di utilizzare grafici o metafore geometriche, ma di costruire formalismi quantitativi capaci di dialogare con le neuroscienze, la fisica teorica e l’informatica.
È in questo contesto che nasce quella che oggi viene definita Mathematical Consciousness Science: un’area interdisciplinare che riunisce matematici, neuroscienziati, fisici e filosofi con l’obiettivo di sviluppare modelli formali della coscienza. Il percorso che conduce a questa prospettiva, tuttavia, inizia molto prima.
Uno dei primi tentativi di descrivere gli stati non ordinari di coscienza come sistemi organizzati risale al lavoro dello psicologo statunitense Charles Tart (1937-2025). Nel volume States of Consciousness (1975) la mente viene rappresentata come un insieme di sottosistemi interdipendenti: memoria, emozioni, percezione, senso del tempo, attenzione, identità e numerose altre funzioni che, interagendo tra loro, producono quello che sperimentiamo come stato ordinario di coscienza.
Pur senza utilizzare equazioni, Tart introduce un’intuizione destinata a rivelarsi sorprendentemente moderna. Ogni stato mentale può essere immaginato come una particolare configurazione all’interno di uno spazio multidimensionale. Piccole variazioni interne mantengono il sistema nello stesso stato di coscienza; perturbazioni più profonde, invece, possono rompere l’equilibrio e condurre a una nuova configurazione stabile. In questa prospettiva, gli stati non ordinari di coscienza non sono anomalie, ma differenti organizzazioni dello stesso sistema.
Un’intuizione questa tutt’altro che isolata. Negli stessi anni il biologo-filosofo cileno Humberto Maturana (1928-2021) e il neuroscienziato cileno Francisco Varela (1946-2001) stavano elaborando il concetto di autopoiesi — la capacità di un sistema vivente di produrre e mantenere continuamente la propria organizzazione. Pubblicato in forma sistematica in Autopoiesis and Cognition (1980), questo lavoro offriva una base biologica e formale per pensare la mente come qualcosa che si auto-organizza piuttosto che come semplice ricettore di stimoli esterni.
L’affinità con l’approccio di Tart non è casuale: entrambi partecipano di un cambiamento più profondo nel modo di concepire i sistemi cognitivi che va interessando gli studiosi internazionali in quegli anni. Ci vorranno però ancora alcuni decenni perché questa intuizione sistemica si trasformi in qualcosa di più sofisticato.
Con la Integrated Information Theory di Giulio Tononi il problema cambia natura. L’interesse non è più soltanto descrivere le configurazioni della coscienza, ma cercare di misurarne la struttura. La teoria introduce il parametro Φ (Phi), una misura dell’informazione integrata prodotta da un sistema. L’idea centrale è che un’esperienza cosciente emerga quando le diverse componenti del sistema formano un’unità causale che non può essere ridotta alla semplice somma delle sue parti.
In alcuni stati, come l’anestesia generale o il sonno profondo, questa integrazione sembra diminuire sensibilmente. La situazione degli stati psichedelici è invece più complessa: alcune ricerche suggeriscono una riorganizzazione della struttura dell’informazione piuttosto che una semplice diminuzione o un aumento di Φ. Proprio questi risultati mostrano come la ricerca sia ancora aperta e come le diverse teorie continuino a confrontarsi con dati sperimentali in evoluzione.
Una prospettiva differente è proposta dall neuroscienziato britannico Karl Friston (1959-) attraverso il Principio dell’Energia Libera.
Secondo questo modello il cervello è un sistema predittivo che costruisce continuamente ipotesi sul mondo esterno e aggiorna tali modelli sulla base degli errori di previsione. Lo scopo non è riprodurre perfettamente la realtà, ma ridurre costantemente l’incertezza necessaria alla sopravvivenza dell’organismo.
Questa impostazione ha trovato una delle sue applicazioni più note nel modello REBUS (RElaxed Beliefs Under pSychedelics), sviluppato dallo psicofarmacologo britannico Robin Carhart-Harris (1980-) insieme a Friston. Durante un’esperienza psichedelica, le convinzioni più rigide e gerarchicamente elevate perderebbero temporaneamente parte della loro influenza, consentendo ai segnali sensoriali e agli errori di previsione di modificare più liberamente i modelli interni del cervello. Molti fenomeni tipici degli stati psichedelici — dalla maggiore flessibilità cognitiva alle modificazioni percettive — vengono interpretati proprio alla luce di questa riorganizzazione della gerarchia predittiva.
Un approccio ancora diverso è quello proposto dal fisico inglese Roger Penrose (1931-) e dall’anestesista statunitense Stuart Hameroff (1947-). Entrambi cercano di ancorare la coscienza a un substrato fisico preciso, ma a un livello radicalmente diverso rispetto ai modelli predittivi: non la scala delle reti neurali, bensì quella della fisica quantistica.
Il relativo modello Orch-OR (ORCHestrated Objective Reduction) ipotizza che la coscienza emerga da fenomeni quantistici che avverrebbero all’interno dei microtubuli neuronali. In questa prospettiva, la dinamica della coscienza dipenderebbe dal collasso orchestrato di stati quantistici regolati dalla gravità. Si tratta di una delle ipotesi più discusse dell’intero panorama scientifico. Pur avendo stimolato numerose ricerche interdisciplinari, Orch-OR rimane una teoria controversa e non rappresenta una posizione condivisa dalla maggioranza delle neuroscienze contemporanee.
Negli ultimi anni è emerso un ulteriore problema: come mettere in relazione modelli che utilizzano linguaggi matematici completamente differenti? La teoria dell’informazione integrata (IIT) di Tononi, il formalismo bayesiano di Friston, i modelli quantistici di Penrose e numerosi altri approcci sembrano spesso parlare linguaggi incompatibili tra loro.
È proprio su questo terreno che si colloca il lavoro del matematico tedesco Johannes Kleiner. Insieme al collega Sean Tull, ha prodotto la formalizzazione matematica di alcuni dei principali modelli di coscienza — in particolare la IIT e l’Active Inference — utilizzando tra gli altri strumenti della teoria delle categorie per rendere più rigorosi i formalismi esistenti. L’obiettivo non è proporre una teoria unificata della coscienza, ma definire strutture matematiche dell’esperienza cosciente e creare, dove possibile, un linguaggio sufficientemente preciso da consentire il confronto tra approcci diversi.
Per gli stati non ordinari di coscienza questa evoluzione rappresenta un cambiamento significativo. Per oltre un secolo gli ASC (Altered States of Consciousness) sono stati studiati prevalentemente attraverso resoconti soggettivi, classificazioni psicologiche e interpretazioni culturali. Oggi iniziano a essere affrontati anche come sistemi dinamici, reti informative, processi predittivi e oggetti matematici.
Questo non significa che l’esperienza soggettiva perda importanza. Al contrario, rimane il problema centrale — e il più difficile. Varela, Thompson e Rosch avevano già mostrato in The Embodied Mind (1991) che qualsiasi scienza della mente degna di questo nome deve fare i conti con l’esperienza in prima persona, non aggirarla. L’approccio enattivo che proponevano — in cui la cognizione non rappresenta un mondo esterno preesistente ma lo co-produce attraverso l’azione e il corpo — continua a porre una domanda che nessun formalismo ha ancora saputo rispondere del tutto.
Il percorso è ancora aperto. Nessuna teoria ha risolto il problema della coscienza e probabilmente nessun singolo modello sarà sufficiente a farlo. Tuttavia il cambiamento è già in atto: gli stati non ordinari di coscienza non vengono più studiati soltanto come esperienze da descrivere, ma anche come sistemi dinamici da modellizzare. È forse questa, più delle singole equazioni, la vera novità della ricerca contemporanea.
Bibliografia ragionata
Charles Tart, States of Consciousness, E.P. Dutton, New York 1975
Humberto Maturana, Francisco Varela, Autopoiesis and Cognition: The Realization of the Living, D. Reidel, Dordrecht 1980
Francisco Varela, Evan Thompson, Eleanor Rosch, The Embodied Mind: Cognitive Science and Human Experience, MIT Press, Cambridge 1991
Giulio Tononi, Phi: A Voyage from the Brain to the Soul, Pantheon Books, New York 2012
Karl Friston, “The free-energy principle: a unified brain theory?”, Nature Reviews Neuroscience, 11, 2010, pp. 127–138
Robin Carhart-Harris, Karl Friston, “REBUS and the Anarchic Brain: Toward a Unified Model of the Brain Action of Psychedelics”, Pharmacological Reviews, 71(3), 2019, pp. 316–344
Roger Penrose, The Emperor’s New Mind, Oxford University Press, Oxford 1989
Stuart Hameroff, Roger Penrose, “Orchestrated Reduction of Quantum Coherence in Brain Microtubules”, Mathematics and Computers in Simulation, 40, 1996, pp. 453–480
Johannes Kleiner, Sean Tull, “The Mathematical Structure of Integrated Information Theory”, Frontiers in Applied Mathematics and Statistics, 6, 2021
Johannes Kleiner, “Towards a Structural Turn in Consciousness Science”, Consciousness and Cognition, 119, 2024
Johannes Kleiner, Tim Ludwig, “What Is a Mathematical Structure of Conscious Experience?”, 2024, Synthese, Vol. 203, 89, 2024
– Aldo Bergese, collaboratore esterno