Giulio Tononi nasce a Trento nel 1960. Si laurea in medicina, si specializza in psichiatria e prende un dottorato in neuroscienze, alla Scuola Superiore Sant'Anna e all'Università di Pisa, poi lavora negli Stati Uniti con Gerald Edelman, premio Nobel per la medicina, con cui scrive nel 2000 A Universe of Consciousness. Dal 2001 è all'Università del Wisconsin a Madison, dove è professore di scienza della coscienza e titolare di una cattedra di medicina del sonno, e dal 2016 dirige il Wisconsin Institute for Sleep and Consciousness. Con Chiara Cirelli formula nel 2003 l'ipotesi dell'omeostasi sinaptica: da svegli le connessioni tra neuroni si rafforzano, e il sonno serve a riportarle a un livello sostenibile. Nel 2004 pubblica la prima versione della teoria per cui è conosciuto.
L'idea
La teoria dell'informazione integrata — IIT, dall'inglese — parte da un'inversione di metodo. Invece di partire dal cervello e chiedersi come produca l'esperienza, parte dall'esperienza e chiede cosa deve avere un sistema fisico per poterla sostenere. Tononi individua cinque proprietà che ogni esperienza ha, e le chiama assiomi. L'esperienza esiste per se stessa, dall'interno. È specifica: è questa e non un'altra. È unitaria: un tutto che non si può ridurre a esperienze separate. È definita: ha confini, è questo tutto. Ed è strutturata: fatta di distinzioni e relazioni. A ognuno di questi assiomi corrisponde un postulato sul sistema fisico: per sostenere un'esperienza, un sistema deve avere potere causale su se stesso, specifico, integrato, definito e strutturato.
Phi
La quantità che misura tutto questo si chiama Φ, phi: quanto un sistema, nel suo stato attuale, è irriducibile alle sue parti dal punto di vista di causa ed effetto. Se dividendo il sistema in due non si perde niente, Φ è zero. Se dividerlo distrugge quello che il sistema fa a se stesso, Φ è alto. La tesi centrale, nelle parole della teoria, è che la coscienza è identica alla struttura di causa-effetto di un “complesso”: l'insieme di elementi che, in un dato momento, ha il massimo di informazione integrata. Non è che la coscienza sia prodotta da quella struttura: è quella struttura, e Φ ne misura la quantità. La teoria è stata riscritta tre volte — nel 2008, nel 2014 e nel 2023, nella versione chiamata IIT 4.0 — affinando la matematica; per i suoi autori, senza cambiare l'impianto.
Le previsioni
Da questa impostazione Tononi ricava previsioni che non coincidono con il senso comune. Il cervelletto, che contiene più neuroni della corteccia, non contribuisce alla coscienza: i suoi circuiti sono organizzati in modo da integrare poco. I sistemi puramente in avanti — in cui l'informazione passa da uno strato al successivo senza tornare indietro — hanno Φ pari a zero, qualunque cosa facciano. Da qui la previsione sulle macchine: un computer digitale che riproducesse in tutto il comportamento di un cervello umano non sarebbe cosciente, perché la sua architettura fisica non ha la struttura di causa-effetto del cervello che simula. In uno studio del gruppo, su un sistema giocattolo di quattro unità simulato da un piccolo computer, “né il computer nel suo insieme, né sottoinsiemi delle sue unità” riproducevano quella struttura. All'altro estremo, sistemi molto semplici, anche un singolo circuito con retroazione, possono avere un Φ minimo: la coscienza, per la teoria, è graduata e non è esclusiva degli animali.
Il misuratore
Dalla teoria è nato uno strumento clinico. Nel 2013 un gruppo guidato da Marcello Massimini, a Milano, con Tononi, pubblica l'indice di complessità perturbazionale: si stimola la corteccia con un impulso magnetico dall'esterno e si registra con l'elettroencefalogramma quanto la risposta è insieme diffusa e differenziata. L'indice distingue in modo affidabile veglia, sonno profondo, anestesia e i disturbi di coscienza che seguono il coma, e viene usato, nella ricerca clinica, per valutare pazienti che non possono rispondere.
Stato del dibattito
Nel 2014 l'informatico Scott Aaronson ha mostrato che, secondo la matematica della teoria, una griglia di porte logiche disposte nel modo giusto, che non fanno altro che un'operazione elementare (lo XOR, l'“o esclusivo”), avrebbe un Φ enorme, “illimitatamente più cosciente degli esseri umani”; Tononi ha risposto accettando la conseguenza. Nel 2019 un gruppo di autori ha proposto l'argomento dello “srotolamento”: per ogni sistema con retroazione esiste un sistema in avanti che fa le stesse cose, e una teoria che assegna coscienza al primo e non al secondo non può essere verificata dal comportamento. Nel settembre 2023 una lettera aperta firmata da 124 ricercatori ha sostenuto che, finché non sarà verificabile empiricamente, la teoria andrebbe etichettata come pseudoscienza. Nel marzo 2025 un commento su Nature Neuroscience ha sostenuto che la teoria non è scientifica perché le sue tesi centrali non sono verificabili nemmeno in linea di principio.
Sull'altro fronte, tra il 2019 e il 2025 la Fondazione Templeton ha finanziato una collaborazione avversariale — un esperimento in cui i sostenitori di due teorie rivali, la IIT e la teoria dello spazio di lavoro neuronale globale, concordano in anticipo protocolli, analisi e criteri di successo. I risultati, presentati nel giugno 2023 e pubblicati su Nature il 30 aprile 2025, sono misti: per la IIT, una previsione superata e una fallita; per la teoria rivale, una in parte smentita e una in parte sostenuta; la terza, decisiva per entrambe, non ha dato ragione a nessuna delle due. Gli editori di Nature hanno scritto che un linguaggio come quello della lettera “non ha posto in un processo pensato per stabilire rapporti di lavoro tra gruppi in competizione”. Christof Koch, coautore di molti degli articoli su cui la teoria si fonda, la considera il suo quadro di riferimento preferito, e ricorda che, come ogni teoria, può rivelarsi sbagliata. La discussione è aperta su tutti i punti: la matematica, la verificabilità, e la previsione sulle macchine.