Det enda vi kan vara säkra på är att vi har ett medvetande. Det är emellertid rimligt att våra medmänniskor också har det, med tanke på att vi liknar varandra både på utsidan och insidan, men svårt att veta säkert. När vi möter en annan människa bildar vi oss på några sekunder en uppfattning om den andres sinnestillstånd – vi ser tecken på osäkerhet, vrede, glädje och i bästa fall uppskattning. Det är inte svårt att förstå varför detta är viktigt för oss som sociala varelser, men hur säkra är vi på vad vi ser? Hur avgör vi om en annan människa är medveten? Spelar det någon roll? Varför har medvetandet uppkommit? Kan medvetandet studeras vetenskapligt? Hur ska det i så fall gå till?

Länge ansågs studium av medvetandet ligga utanför neurovetenskapens område. Kanske för att undvika konflikter med religiösa utövare. Kanske ansågs det som att klampa in i finrummet med stövlarna på när förståelse och verktyg var så uppenbart otillräckliga. Medvetandet lämnades därför till filosofer och religionsvetare. De senaste decennierna har nya tekniker och teorier utvecklats som gör att medvetandet åter har blivit ett naturvetenskapligt studieobjekt. Utvecklingen av artificiell intelligens (AI) har också på kort tid gjort det viktigt att bättre definiera och förstå begrepp som intelligens, individ, vilja och medvetande. Tanken att en dator kan vara medveten föreslogs redan av matematikern och kryptoanalytikern Alan Turing på 1940-talet.

Definition av medvetande. Enligt lexikonet Webster definieras medvetandet som varseblivning av den egna kroppen, självet (jaget) och omgivningen. Detta är en cirkeldefinition eftersom varseblivning (awareness) och medvetande (con­sciousness) är synonymer. Den amerikans­ke filosofen John Searle har definierat medvetandet som ett tillstånd som börjar när vi vaknar på morgonen efter drömlös sömn och varar tills vi somnar, faller i koma eller dör. Detta är mer en avgränsning än en strikt definition. Svårig­heten att definiera är en återspegling av med­vetandets subjektiva natur.

Var finns medvetandet? Den franske filosofen Descartes ansåg att själen var immateriell och stod i förbindelse med tallkottkörteln mitt i hjärnan.

Den engelske läkaren Thomas Willis (1662) bör nog nämnas som den vetenskapsman som fastställde att tänkandet, minnena och känslorna processas i hjärnan. Han menade att själen var kopplad  till den strimmiga kroppen (striatum), som nu anses vara ett viktigt säte för hedonistiska känslor.

Hjärnforskaren och Nobelpristagaren 1963 sir John Eccles hävdade att vissa neuron i storhjärnans bark har direktkontakt med och kan påverkas av själen. Uppfattningen var kompatibel med hans katolska tro. Dualismen som företräds av dessa tänkare ger upphov till vetenskapliga problem. Lyder själen under de fysikaliska lagar som bestämmer hur celler och molekyler interagerar? I så fall ligger det nära till hands att själen är en del av materian, vilket eliminerar dess oberoende. Om själen kan flytta molekyler och öppna jonkanaler utan att »själv« påverkas måste grundläggande »lagar« om energi och mekaniska krafter ifrågasättas. Den dualistiska uppfattningen är nu sällsynt bland naturvetare. De flesta uppfattar medvetandet som ett biologiskt fenomen, vilket dock leder till svårigheter att förklara den fria viljan. Denna viktiga fråga får vi lämna därhän.

Skador i hjärnan. Ledtrådar till var medvetandet finns kan uppstå med kännedom om vad som sker vid skador i hjärnan. Om tallkottkörteln skadas allvarligt påverkas inte medvetandet, vilket talar mot Descartes hypotes (minst sagt). Allvarlig medvetandepåverkan fås när antingen hjärnstammen (förlängda märgen) eller centrala kärnor i storhjärnan som talamus och basala ganglier skadas. Medvetandet påverkas också vid utbredda skador i storhjärnbarken. Det förefaller inte finnas någon kortikal »noed vitale« – en omistlig kärna – för medvetandet. Intressant är att lillhjärnan/cerebellum kan avlägsnas kirurgiskt eller skadas allvarligt utan att medvetandet påverkas, trots att där finns fler nervceller och synapser än i hela storhjärnan tillsammans.

Storhjärnbarken, där sinnesintryck bearbetas och viljestyrda motoriska funktioner initieras, anses vara det viktigaste sätet för medvetandet. Hjärnstammens funktion anses vara att reglera aktivitetsnivån i storhjärnan (vakenhet och stress), men den har inte tillgång till all sinnesinformation. Det är därför rimligt att formulera en hypotes om att åtminstone delar av storhjärnbarken krävs för ett fullt medvetande och att barken kräver både aktivering från hjärnstammen och signaler från de centrala kärnorna för att generera detta.

Det går för närvarande inte att veten­skapligt utesluta att lägre grader av medvetande kan genereras i andra delar av kroppen, som exempelvis i de många nerv­cellerna i tarmen. Även om vi talar om magkänsla så finns det inte några av oss kända kliniska observationer som stöder det.

Talamo-kortikala oscillationer. Talamus, som omger tredje ventrikeln, är en av de viktigaste omkopplingsstationerna för sensorisk och motorisk information mellan olika delar av hjärnbarken och lägre strukturer. Informationen till barken skickas rytmiskt med en frekvens av 20–50 Hz: frekvenser som återfinns i elektro­encefalogrammet (EEG). Rytmiciteten talar för att det kontinuerliga senso­riska flödet omvandlas till små »paket« som bearbetas diskontinuerligt av storhjärnan. Experimentellt har det visats att medvetande inte uppkommer omedelbart när informationen når storhjärnans bark utan först efter upp till 400 ms bearbetning, när flera delar av hjärnan har fått möjlighet att samverka. Fördröjningen talar för att medvetandet är en konsekvens av informationsbearbetningen snarare än en oberoende process.

Hur kan medvetande studeras? Kunskaper om enskilda neuron, synapser och transmittorer ger ingen förståelse om medvetandet. Den måste sökas på andra förklaringsnivåer. Anatomiska avgränsningar och kunskap om kopplingar mellan olika delar av hjärnan är viktiga, men det krävs också studier av dynamiken och funktionen hos hjärnan.

EEG är summan av aktiviteten i miljon­tals nervceller, men trots denna grova mätning, som visar liten respekt för de enskilda neuronens aktivitet, har modern informationsteori kunnat koppla medvetande till graden av oordning – entropin – i signalens frekvensspektrum. Stereotypt ordnade signaler är associerade med sänkt medvetande. Detta ger visst stöd till dem som uppskattar »kreativt kaos«.

Funktionell magnetisk resonanstomo­grafi (fMRT) innebär att blodflöde och glukosförbrukning studeras med magnetkamera samtidigt som försökspersonen utför motoriska uppgifter, tänker eller mottar sensorisk information. Med denna metod har konstaterats att medvetande uppkommer först när sensorisk information relaterats till minne och kunskap som lagras över stora delar av hjärnan. Paradoxalt nog aktiveras en större del av hjärnan när man inte tänker på något speciellt – det så kallade »default mode network« (standardnätverk). Detta tillstånd kan ses som hjärnans dirigent, som monitorerar tankeflödet och bestämmer vad vi ska fokusera på. Dagdrömmar och inre monologer alstras – ostrukturerade tankar om vad som hänt och hända skall, som filosofen Henri Bergson uttryckte det. Om man hotas av ett vilddjur eller krockar med sin bil upphör denna aktivitet och hjärnans aktivitet fokuseras på den aktuella situationen.

Dessa experimentella fynd stämmer väl överens med teorin om ett GNW (global neuronal workspace; den globala neuronala arbetsytan), som skapats av Bernard Baars och utvecklats av de franska hjärnforskarna Stanislas Dehaene och Jean-Pierre Changeux och som betonar integrationen av aktivitet i loopar omfattande stora delar av kortex för medvetandets uppkomst. Dehaene och hans medarbetare har funnit att om man maskerar ord som text eller ljud, så registreras de i primära syn- respektive hörselcentra. Först när ordet blir tillräckligt framträdande uppstår en impulslavin i stora delar av kortex och försökspersonen kan rapportera om det hen ser eller hör. Detta illustrerar aktiveringen av GNW, vilket är liktydigt med att ordet nått medvetandet.

Den italiensk-amerikanske psykiatern Giulio Tononi och hans medarbetare, den tysk-amerikanske fysikern Christoph Koch, har utvecklat en teori baserad på informationsteori och matematik. Teorin brukar benämnas ITT (integrated information theory) (se faktarutan) och inkluderar ett mått Ф (Phi) som kvantifierar medvetandet vid varje givet tillfälle som den integrerade informationsmängden i det studerade systemet. Intressant är att Tononi var doktorand hos läkaren Gerald Edelman, som 1972 fick Nobelpris för att ha beskrivit antikropparnas struktur, och Koch doktorand hos fysikern Francis Crick, som 1962 tillsammans med James Watson belönades med Nobelpriset för att ha förstått DNA-molekylens dubbelhelixstruktur. Både Crick och Edelman ägnade sin forskargärning åt medvetandet efter att de hade fått Nobelpriset.

Det svåra problemet. Filosofen David Chalmers myntade begreppen »det svåra problemet« och »det lätta problemet« för att definiera vetenskapens svårigheter vid studier av medvetandet. Det lätta problemet är att beskriva mekanismer för hur vi kan sammanställa information, jämföra med minnen, välja vad vi ska fokusera på och redogöra för våra upplevelser. Det svåra problemet är att förstå hur upplevelsen skapas: dess så kallade qualia. Varför ser grönt ut som det gör? Går det att avslöja om upplevelsen av färger skiljer sig mellan individer? Samma frågor kan ställas om dofter, ljud och känslor. Det går att studera beteende som följer med subjektiva upplevelser, men det går inte att objektivisera qualia, det vill säga att reducera dem till vad som händer i nervcellerna.

Avslutningsvis: Naturvetenskapliga studier om medvetandet handlar egentligen inte om »det svåra problemet« eller »qualia« utan snarare om vilka förutsättningar som måste uppfyllas för att medvetande ska uppkomma. Den subjektiva upplevelsen fortsätter att gäcka vetenskapen och är även i framtiden varje läsares ensak.