آگاهی شاید ناشی از وجود آنتروپی در جهان باشد

یک نکته‌ی شگفت‌انگیز در مورد مغز انسان این است که از ساختار ستاره‌مانندی تشکیل شده که به ساختار کیهان شباهت زیادی دارد. اما طبق تحقیقات جدیدی که انجام شده، شاید این شباهت تنها وجه مشترک مغز انسان و کیهان نباشد. شاید مغز ما مانند کیهان به‌گونه‌ای برنامه‌ریزی شده که طبق اصل آنتروپی، بی‌نظمی را به حد نهایت خود برساند و پدیده‌ی آگاهی یا هوشیاری نیز می‌تواند از عوارض جانبی این پدیده باشد.

ما قرن‌هاست به دنبال درک مفهوم هوشیاری هستیم؛ این که چرا هوشیاریم و نسبت به خود و اطرافمان آگاهی داریم. با اینکه هوشیاری بخشی حیاتی از انسان بودن است، اما محققان هنوز به‌طور دقیق نمی‌دانند که منبع هوشیاری چیست و چرا این توانایی را داریم.

مطالعه‌ی جدیدی که توسط محققانی از فرانسه و کانادا رهبری شده است، احتمال جدیدی را مطرح می‌کند. بر پایه‌ی این احتمال وقتی مغز محتوای اطلاعاتی خود را به حداکثر میزان ممکن می‌رساند، هوشیاری به‌طور طبیعی به وجود می‌آید. به‌عبارت‌دیگر، ممکن است هوشیاری از عوارض جانبی حرکت مغز ما به‌سوی شرایط بی‌نظمی باشد.

اما آنتروپی یا همان بی‌نظمی دقیقا به چه معنی است؟ زمانی که یک سیستم از حالت نظم به سمت بی‌نظمی حرکت می‌کند، برای توصیف این وضعیت از واژه‌ی آنتروپی استفاده می‌کنیم. برای مثال یک تخم‌مرغ را در نظر بگیرید: وقتی که زرده و سفیده‌ی تخم‌مرغ کاملا از هم جدا باشند، می‌گوییم که سطح آنتروپی آن پایین است، اما وقتی آن را به هم می‌زنیم، آنتروپی سیستم افزایش پیدا می‌کند، چون در بی‌نظم‌ترین حالت ممکن قرار می‌گیرد.

بیشتر فیزیکدانان معتقدند که همین فرایند در کیهان نیز در حال روی دادن است. بعد از انفجار بزرگ (Big Bang)، کیهان به آهستگی از آنتروپی کمتر به‌سوی آنتروپی بیشتر در حال حرکت است و ازآنجایی‌که طبق اصل دوم ترمودینامیک، آنتروپی سیستم به‌صورت یک‌طرفه فقط می‌تواند افزایش پیدا کند؛ این موضوع توضیح می‌دهد که چرا زمان فقط روبه‌جلو حرکت می‌کند.

ازاین‌رو، محققان تصمیم گرفتند که همین طرز تفکر را روی ارتباطات مغزی انسان پیاده کنند و به بررسی این موضوع بپردازند که آیا در هنگام هوشیاری، این پیوندها خود را طبق الگوی خاصی مرتب می‌کنند یا نه.

برای درک این موضوع، یک تیم تحقیقاتی از دانشگاه‌ تورنتو (University of Toronto) و دانشگاه دکارت پاریس (Paris Descartes University) از یک تئوری احتمال به نام مکانیک آماری (statistical mechanics) برای مدل کردن شبکه‌ی نورون‌ها در ۹ شخص استفاده کردند. همچنین قابل اشاره است ۷ نفر از آن‌ها مبتلا به صرع بود‌ه‌اند.

این تیم مخصوصا هماهنگی نورون‌ها را زیر نظر قرار دادند تا نحوه‌ی‌ رفتار آن‌ها را بررسی کنند. اگر نورون‌ها در یک فاز و به‌صورت هماهنگ با یکدیگر نوسان کنند به این معنی خواهد بود که سلول‌های مغزی دارای نوعی پیوند هستند.

محققان از دو جنبه‌ی کلی اطلاعات را با یکدیگر مقایسه کردند: در حالت اول، آن‌ها الگوی ارتباطات مغزی هنگام خوابیدن و بیدار بودن شرکت‌کنندگان را با هم مقایسه‌ کردند. در مرحله‌ی دوم نیز تفاوت این ارتباطات در بیماران صرعی که دچار حمله‌ شده بودند با وضعیت نرمال مغز در حالت هشدار مورد بررسی قرار گرفت.

در هر دوی این حالت‌ها، مغز انسان به یک شیوه رفتار کرده بود. وقتی‌که شرکت‌کنندگان در وضعیت عادی و هشیاری کامل قرار داشتند، بی‌نظمی بیشتری در مغز آن‌ها مشاهده می‌شد و برعکس در هنگام خواب یا تشنج، نظم بیشتری در الگوی اتصالات مغزی آن‌ها دیده شد. محققان دراین‌باره چنین اظهار کرده‌اند:

ما به‌طور شگفت‌انگیزی به یک نتیجه‌ی ساده رسیدیم؛ اینکه در هنگام بیداری و هشیاری کامل، بیشترین و متنوع‌ترین واکنش‌ها و تعاملات ممکن در بین شبکه‌های مغزی وجود دارد؛ به این معنی که آنتروپی در حد بالایی قرار دارد.

این موضوع باعث شد تا محققان چنین استدلال کنند که هشیاری یک خاصیت نوبنیاد است. با این تفاسیر زمانی که یک سیستم در تلاش است تا تبادل اطلاعات را به حداکثر مقدار ممکن برساند، هشیاری ظاهر می‌شود.

 اما قبل از اینکه به نتایج این پژوهش استناد کنیم، باید محدودیت‌های جدی موجود در این تحقیق را نیز در نظر بگیریم. بزرگ‌ترین مورد از این محدودیت‌ها مربوط به جمعیت‌ کوچک نمونه‌ای است که در این پژوهش مورد بررسی قرار گرفته است. نتیجه‌گیری قاطع از فقط ۹ شخص نمی‌تواند قابل استناد باشد، مخصوصا زمانی که متوجه شویم، مغز افراد مشارکت‌کننده در تحقیق نسبت به وضعیت‌های مختلف تا حدی واکنش‌های مختلفی نشان داده‌اند.

 پیتر مک کلینتوک (Peter McClintock) یک فیزیکدان از دانشگاه لن‌کستر (Lancaster University) در بریتانیا که در این تحقیق مشارکت نداشته، گفته است که نتایج این تحقیق کنجکاو کننده هستند، اما باید در ابعاد بزرگ‌تری تکرار شود و همچنین وضعیت‌های مغزی بیشتری در آن گنجانده شود، مانند حالتی که بیماران تحت بیهوشی هستند.

 اما ازآنجایی‌که این تحقیق برای پاسخ به پرسش‌هایی که در مورد هشیاری مطرح شده نظریه‌ی جدیدی مطرح کرده است، می‌تواند یک نقطه‌ی شروع جدید برای پژوهش‌های آتی باشد. اکنون این تیم تحقیقاتی در نظر دارد تا گستره‌ی پژوهش خود را بیشتر کند تا بتوانند پی ببرند که آیا اتفاق‌های رخ‌داده در مغز واقعا بی‌نظمی به معنای واقعی آن است یا نوعی دیگری از ساماندهی مغز به اطلاعات.

 آن‌ها همچنین می‌خواهند مهارت‌های زبانی را نیز در تحقیق خود بگنجانند تا ساختار عصبی مغز را زمانی که افراد روی موضوعی تمرکز کرده‌اند، بررسی کنند و تفاوت‌های این حالت را با وضعیتی که شخص دچار حواس‌پرتی باشد، شناسایی کنند.

 ما اکنون در ابتدای راهی هستیم که به درک تأثیر ساختارهای مغزی بر روی هشیاری منتهی می‌شود، اما این موضوع به‌اندازه‌ای جذاب هست که دانشمندان را به تحقیق در این رابطه علاقه‌مند کند. از طرف دیگر باید در نظر داشت که همه‌ی این موضوعات با قوانین حاکم بر جهان هستی نیز در ارتباط هستند. گفتنی است که مقاله‌ی مرتبط با این پژوهش در Physical Review E منتشر شده و نسخه‌ی اولیه‌ی آن نیز از این لینک در دسترس است.