Hoạt động thần kinh trong vỏ não tạo ra các xung điện và dao động đồng bộ, nhưng sự chuyển đổi từ các quá trình này sang cảm giác "như thế nào khi là chính mình" vẫn là một trong những bí ẩn sâu sắc nhất của khoa học. Christof Koch, một trong những nhà nghiên cứu ý thức hàng đầu thế giới, Giám đốc Viện Nghiên cứu Não bộ Allen, đã nhiều lần nhấn mạnh rằng chính khoảng cách giữa sinh lý học và trải nghiệm này là bản chất của vấn đề ý thức.
Koch là người ủng hộ tích cực lý thuyết thông tin tích hợp (IIT), được nhà thần kinh học Giulio Tononi phát triển vào năm 2004. Theo quan điểm này, ý thức có thể phát sinh ở bất kỳ đâu có hệ thống sở hữu mức độ thông tin tích hợp cao, nghĩa là toàn bộ hệ thống không thể quy giản về tổng đơn giản của các bộ phận độc lập. Ý tưởng chính: ý thức gắn liền với thông tin có tính kết nối nhân quả — khi các bộ phận của hệ thống ảnh hưởng lẫn nhau để hoạt động như một thể thống nhất. Các thí nghiệm với kích thích từ trường não và đo lường chỉ số Φ (phi) đã xác nhận mối tương quan giữa mức độ phức tạp của việc tích hợp thông tin và các báo cáo của con người về nhận thức có ý thức. Tuy nhiên, cả dữ liệu thực nghiệm lẫn bản thân lý thuyết đều chưa giải thích được điều cốt yếu: tại sao việc tích hợp thông tin ở cấp độ tế bào thần kinh lại đi kèm với trải nghiệm chủ quan, chứ không đơn thuần là xử lý dữ liệu?
Một cách tiếp cận khác — lý thuyết không gian làm việc toàn cục, được nhà tâm lý học nhận thức Bernard Baars đề xuất vào năm 1988 — nhìn vấn đề theo hướng khác. Lý thuyết này nhấn mạnh rằng ý thức phát sinh nhờ việc phát sóng thông tin rộng khắp trong não: các vùng não riêng biệt, chuyên biệt xử lý thông tin song song, nhưng chỉ những thông tin "lọt vào tiêu điểm" — vào cái gọi là không gian làm việc toàn cục — mới trở nên có ý thức. Koch và các nhà thần kinh học khác xem lý thuyết này là một con đường đầy hứa hẹn, nhưng ở đây vẫn còn câu hỏi chưa được giải quyết: tại sao việc truy cập thông tin lại tạo ra trải nghiệm, chứ không chỉ đơn thuần cho phép hệ thống xử lý dữ liệu nhanh hơn?
Cả hai phương pháp đều đối mặt với một vấn đề cơ bản — cái gọi là khoảng cách giải thích (explanatory gap), được nhà triết học David Chalmers mô tả và đặt tên là vấn đề khó của ý thức. Ngay cả khi các nhà khoa học xác định được đầy đủ các tương quan thần kinh của ý thức (NCC) — tất cả các quá trình thần kinh cần thiết cho một cảm giác có ý thức cụ thể — thì câu hỏi cuối cùng chưa được giải đáp vẫn còn đó: làm thế nào và tại sao hoạt động vật lý của não lại tạo ra qualia — chất lượng chủ quan độc đáo của cảm giác? Bất kỳ số lượng điện cực và máy chụp cắt lớp nào cũng không thể nắm bắt được "cảm giác đó như thế nào" đối với chính chủ thể.
Những hạn chế về phương pháp luận của các nghiên cứu hiện tại cũng không cho phép coi các kết luận là cuối cùng. Các mẫu nghiên cứu thường nhỏ, kết quả phụ thuộc vào báo cáo bằng lời chủ quan của những người tham gia, và các nhà khoa học luôn đối mặt với khó khăn trong việc kiểm soát hoạt động thần kinh nền. Các công trình gần đây với các mô hình AI, nơi các nhà nghiên cứu phát hiện ra các cấu trúc tương tự không gian làm việc của ý thức, chỉ làm trầm trọng thêm nghịch lý: nếu sự tương đương về chức năng là đủ, thì về nguyên tắc, ý thức có thể phát sinh trong silicon, và trong bất kỳ hệ thống nào thực hiện cùng các chức năng.
Hãy tưởng tượng một mạng lưới điện của một thành phố khổng lồ: hàng triệu bóng đèn nhấp nháy theo một nhịp điệu phức tạp, dường như có trí tuệ, thông tin chảy giữa chúng với sự nhất quán kỳ diệu. Các kỹ sư nghiên cứu từng dây dẫn, từng công tắc, lập bản đồ các luồng — và tuy nhiên, không ai trong số họ có thể chỉ ra thời điểm mạng lưới bắt đầu không chỉ là *hoạt động*, mà bắt đầu *cảm nhận* bóng tối hoặc ánh sáng. Sinh lý học của ý thức gợi nhớ đến nhiệm vụ này: chúng ta ghi lại hoạt động, lập bản đồ các kết nối, nhưng vẫn không tìm thấy nơi mà vật lý biến thành trải nghiệm.
Sự chưa giải quyết này buộc chúng ta phải xem xét lại không chỉ các nền tảng cơ bản của khoa học thần kinh, mà còn cả các câu hỏi thực tế, sâu sắc về đạo đức. Nếu chúng ta không thể trả lời chắc chắn, ranh giới nằm ở đâu giữa xử lý thông tin phức tạp và trải nghiệm có ý thức thực sự, thì làm sao chúng ta có thể phán đoán liệu động vật có trải qua nỗi đau giống như con người không? Liệu những người trong tình trạng thực vật có ý thức tiềm ẩn không? Các hệ thống nhân tạo trong tương lai sẽ có ý thức không? Câu hỏi, chính xác thì ý thức bắt đầu từ đâu, ngày càng trở nên quan trọng về mặt thực tế, và các vấn đề về đạo đức, pháp luật và thái độ của chúng ta đối với sự sống sẽ phụ thuộc vào câu trả lời cho nó.
