Bevissthet er alt vi opplever av sanseinntrykk, følelser, tanker og minner. Bevisstheten som fenomen har likevel vært et mysterium som naturvitenskapen frem til i dag ikke har funnet noen god forklaring på.

Inntil nylig har det vært en utbredt oppfatning, også blant hjerneforskere, at det nærmest er umulig å studere bevissthet med eksperimentelle metoder.

Nå er det håp. Den italienske hjerneforskeren, professor Giulio Tononi ved Universitetet i Wisconsin-Madison i USA har lansert en helt ny teori som matematisk skal kunne beregne hvor i hjernen bevisstheten er og om pasienter som ser ut til å være bevisstløse, kanskje opplever noe likevel.

Professor Johan Storm på Institutt for medisinske basalfag ved Universitetet i Oslo, starter i sommer avanserte eksperimenter for å teste ut den matematiske bevissthetsteorien.

Pilarene

Den nye teorien om bevissthet bygger på noen grunnleggende pilarer:

Eksistensen av bevissthet er et uomtvistelig faktum, selv om bevisstheten er vanskelig å forklare, og til tross for at det finnes filosofer som mener at bevisstheten ikke finnes.

Bevisstheten er sammensatt, strukturert og rik på informasjon. Hver opplevelse skiller seg fra myriader av andre opplevelser. Selv en så enkel og «innholdsløs» opplevelse som det å sitte i et mørkt rom med lukkete øyne, er en unik opplevelse.

Bevisstheten er en sammenhengende og integrert opplevelse. En opplevelse er mer enn summen av de ulike elementene og sanseinntrykkene i opplevelsen. Hvis du ser en grå, rund stein, ser du noe mer enn summen av en gråfarge og en rund form.

Bevisstheten er eksklusiv og avgrenset. Én opplevelse utelukker at du kan ha andre parallelle opplevelser.

Nytt om bevissthet

Spørsmålet Giulio Tononi har stilt seg, er hvordan det fysiske systemet i hjernen må være innrettet for å gi opphav til disse grunnleggende pilarene. Han har blant annet kommet frem til at:

• Systemet som danner bevisstheten i hjernen, må bestå av ulike deler som kan påvirke og utveksle informasjon med hverandre.
• Den totale, integrerte informasjonen i hjernen er i helhet større enn summen av informasjonsmengdene i hver enkelt del. Det betyr: Hvis du deler opp systemet ved å kutte fiberforbindelsene mellom ulike deler av hjernen, vil noe av informasjonen forsvinne.

• Den delen av hjernen som har mest integrert informasjon, vil dominere hele systemet. Det er altså ikke mulig å ha sameksistens av to delbevisstheter i samme system. Selv om det finnes mindre kretser med integrert informasjon i lillehjernen og ryggmargen, som er mer eller mindre atskilt fra storehjernen, vil det største systemet dominere. Vinneren tar alt.

Optimalt antall forbindelser

Hvis det er liten utveksling av informasjon mellom de ulike modulene i hjernen, blir den totale, integrerte informasjonen lav. Denne typen struktur finnes i lillehjernen. Lillehjernen består stort sett av moduler som i liten grad utveksler informasjon seg imellom. Ifølge den matematiske teorien er dette hovedgrunnen til at lillehjernen spiller liten eller ingen rolle for bevisstheten.

– Selv om lillehjernen fjernes, vil bevisstheten fortsatt være intakt, poengterer Johan Storm.

Ubegrenset utveksling av informasjon mellom hjernemodulene gagner heller ikke bevisstheten.

– Selv om man skulle tro at flest mulig forbindelser øker bevisstheten, sier den nye teorien at informasjonsnivået blir lavere fordi det blir for mange gjentakelser, sier Storm.

Det betyr:

– Grunnlaget for bevisstheten er en viss mengde forbindelser i hjernen, som på en smart måte gir maksimal, integrert informasjonsverdi. Mye tyder på at hjernebarken er bygget opp slik at den er spesielt rik på integrert informasjon. Hjernebarken er det to til fire millimeter tykke, foldete laget som ligger ytterst i storhjernen.

– Selv om det er gode grunner til å tro at hjernebarken er svært viktig for bevisstheten, vet vi likevel ikke sikkert om den er opphav til all bevisstheten vår.

Bevissthet hos dyr og insekter

Den nye teorien gir også en indikasjon på at andre levende vesener kan ha en eller annen form for bevissthet.

– Menneskets hjerne er stor og velutviklet og har veldig mye hjernebark. Vi har derfor trolig mer integrert informasjon enn de fleste andre arter. Noen hvaler har likevel større hjernebark enn oss, så de kan i prinsippet ha enda større grad av bevissthet enn oss mennesker, men det vet vi ikke.

– Teorien åpner også for at dyr som insekter og blekkspruter, selv om nervesystemet er svært forskjellig fra vårt, kan ha en eller annen form for bevissthet og at det i prinsippet er mulig å beregne dette, sier Storm.

Bevissthetsindeksen

Koma-senteret på Universitetet i Liège i Belgia har allerede testet teorien hos pasienter med alvorlig hjerneskade. Nå skal forskergruppen til Storm utfordre teorien under nye, eksperimentelle forhold.

Teorien gir en slags «indeks for bevissthet». Indeksen er høy når personen er bevisst, men faller til et lavt nivå når personen blir bevisstløs, uansett årsak. Indeksen er lav både under drømmeløs søvn og narkose, og under koma etter hjerneskade. Indeksen stiger når man drømmer. Da har man igjen en form for bevissthet, selv om man sover og er utkoblet fra den ytre verden.

– Det fantastiske er at indeksverdiene for bevisste og bevisstløse personer ikke overlapper hverandre.

Det er faktisk første gang i verdenshistorien at man med en enkel måling vil kunne slå fast, med stor grad av sikkerhet, om en person som har mistet evnen til å kommunisere, er bevisst eller ei.

– Dette er kjempeviktig for pasienter som har mistet evnen til å kommunisere, men som likevel er bevisste. Etter en alvorlig hodeskade og en periode i koma kan noen pasienter våkne delvis opp og åpne øynene, uten at de er i stand til å snakke eller gi andre tegn på at de er bevisste.

– De kan ligge hjelpeløse i en vegetativ tilstand i årevis uten at verken leger eller pårørende har muligheten til å vite om de føler eller opplever noe, sier Storm.

I Florida i USA ble det for noen år siden, etter åtte år i retten, bestemt at sykehuset skulle slutte å holde liv i en kvinne som befant seg i en vegetativ tilstand. Sykehuset avsluttet matingen gjennom en sonde, slik at kvinnen tørstet i hjel. Hvis pasienten hadde hatt en rest av bevissthet, ville døden vært pinefull.

– Den nye metoden har derfor store etiske, juridiske og kliniske konsekvenser, påpeker Storm.

Tester på epilepsipasienter

Sammen med stipendiat Bjørn Erik Juel og overlege Pål Gunnar Larsson på Nevrokirurgisk avdeling ved Oslo universitetssykehus skal Johan Storm teste ut teorien på pasienter mens halve hjernen er lammet.

Dette er epilepsipasienter som uansett må opereres for å fjerne en del av hjernebarken. Rett før operasjonen må pasientene gjennom en undersøkelse, der halve hjernen blir bedøvd, for å kunne sjekke at områdene for språk og hukommelse ikke blir skadet under operasjonen.

Pasienten holder begge armene oppe. Når legene sender inn hurtigvirkende sovemiddel i den ene hjernehalvdelen, sovner denne delen av hjernen etter noen sekunder. Da faller den ene armen ned.

– Pasienten må samtidig telle. Hvis språkområdet blir bedøvd, slutter pasienten plutselig å snakke. Da vet legene på hvilken side av hjernen språkområdet er.

Det er nettopp denne fasen før operasjonen som gir hjerneforskerne en enestående anledning til å teste bevissthetsteorien.

– Noen teorier hevder at bevisstheten har en direkte sammenheng med hvor store områder i hjernen som er aktive, men ut ifra den nye teorien skal bevissthetsnivået være nesten det samme selv om halve hjernen sovner, fordi aktiviteten i de to hjernehalvdelene vanligvis er ganske lik, forteller Johan Storm.

Utstyret som trengs til eksperimentet, koster nesten fem millioner kroner og skal være klart før sommeren. Forskerne skal bruke et kraftig magnetfelt for å stimulere hjernen. Magnetfelt har den flotte egenskapen at de går uforstyrret gjennom hodeskallen.

Når hjerneceller i et lite område blir stimulert av magnetfelt, vil de videresende elektriske signaler via hjernens egne synapser. Så skal forskerne bruke klassiske hjernebølgemålinger (EEG) for å se hvordan stimuleringen påvirker resten av hjernebarken.

Trenger friske forsøkspersoner

Stipendiat Bjørn Erik Juel, som skal gjennomføre undersøkelsene, har, for å lære metodikken, selv vært forsøksperson hos den italienske hjerneforskeren Giulio Tononi.

– Han endret hjerneaktiviteten i et lite område med magnetiske pulser og så hvordan endringene spredde seg i hjernen. Pulsene påvirket ikke tankene mine. Det eneste jeg kjente, var litt kløe i hodebunnen, beretter Bjørn Erik Juel.

Juel skal de neste tre årene teste metoden både på pasienter og på friske mennesker. Han skal også undersøke forskjellige anestesimidler for å finne ut om bevissthetsindeksen påvirkes av måten midlene virker på.

Juel er nå på jakt etter friske forsøkspersoner og håper mange har lyst til å melde seg på.

– Alle interesserte er velkomne. Forsøket varer to til tre timer, informerer han.

Sjekker indre liv

Forskergruppen skal også, i samarbeid med psykolog Marianne Løvstad på Sunnaas sykehus, teste ut teorien på pasienter som ser ut til å være i en vegetativ tilstand, for å finne ut av om de har et indre liv eller ei.

– Mange pasienter som ser ut til å være bevisstløse, kan likevel ha en rest av bevissthet. Hvor mange det er, strides det om. Testen vi skal bruke, kan bidra til å avklare dette, sier Johan Storm.