A tudat jelenségeire vonatkozó problémák, amelyekkel a tudománynak és a tudósoknak szembe kell nézniük, még súlyosabbak, mint a más megfigyelési és kísérleti területeken jelentkező gondok. A szakemberek még olyan alapvető kérdésekre sem tudnak válaszolni, mint például miért kell bizonyos agyi tevékenységeinket tudatos tapasztalásnak kísérnie. Ennek ellenére a tudományt, mint láttuk, nem hozzák zavarba az értelem jelenségei. A tudomány abból a feltételezésből indul ki, hogy ha az agy és a tudat nem is szükségszeren azonos, de legalább szorosan kapcsolódik egymáshoz.
Ez annyit jelent, hogy az olyan filozófiai kérdések, mint „Miért van tudatunk?” vagy „Mi a tudat voltaképpen?” valahogy hidegen hagyják a kutatókat, mert ők sokkal szerényebb kérdésekkel foglalkoznak, például azzal, hogy „Miféle idegi tevékenységekkel és mechanizmusokkal kapcsolatos a tudat?”. Erre az utóbbi kérdésre irányulnak most a legszélesebb körben kutatások.
Frontális támadás indult a tudat és az agy közötti viszony végleges felderítésére. Az agykutatók mikróelektródokkal, magmágnes-rezonanciás készülékekkel és pozitronkibocsátó tomográfokkal vizsgálják az agykéreg legmélyebb zugait. Ezek az eljárások számos olyan élettani mechanizmust feltárhatnak, amelyek kapcsolatosak az ember tudatának megnyilvánulásaival. A tudományos tudatkutatás jelenlegi új hulláma 1990-ben indult el, amikor Sir Francís Crick és munkatársa, Christoph Koch kijelentette, hogy ideje volna beható vizsgálatokat kezdeni a tudat jelenségének megértésére. A tudat vagy tudatosság szerintük azonos az éber állapottal, amelyben mindig szerepel a figyelemnek és a rövid távú emlékezésnek a kombinációja. A kutatóknak a vizuális figyelemre kell koncentrálniok, mert a látórendszert már alaposan feltérképezték mind az állatokban, mind pedig az emberben. Ha jobban ismernénk a vizuális megfigyelés alapját képez idegmechanizmusokat, akkor olyan bonyolultabb és finomabb tudati jelenségeket is meg lehetne fejteni, mint például az élővilágban egyedül az emberre jellemző éntudatot (vagyis azt, hogy tudomásunk van saját tudatunkról). Ezek az elképzelések óriási erőfeszítéseket és rengeteg vitát váltottak ki a tudatkutatásban. Néhány kutató megkérdőjelezte, hogy a Crick-féle „elektrofiziológiás” elmélet elég volna-e a tudatosság megmagyarázására. Az is lehet, hogy önmagában az agy tanulmányozása nem elegendő; talán az egész test részt vesz a tudatos szellemi tevékenység minden mozzanatában. Akkor pedig a tudat idegmodelljét a megismerés elméletével vagy akár társadalomelmélettel is ki kellene egészíteni.
Roger Penrose angol és Henry Stapp amerikai fizikusok másik nyomon indultak el: a tudat megértésének kulcsát az agyi ideghálózat elektronjainak és más mikrorészecskéinek folyamataiban keresik. Bár az agy és a tudat jelenségeinek mikrofizikai megközelítését eleinte a kutatók elutasították, majd támadták, mostanában számos lelkes híve akad. Ebben a megközelítésben az a legígéretesebb, hogy a szabad akarat érzékelésére kínál magyarázatot. Penrose szerint az agy a kvantumvilág határozatlansági hatásait használja fel, hogy olyan folyamatokat teremtsen, amelyek keletkezésüktől fogva szabadok. Ez megmagyarázná azt a tapasztalatunkat, hogy dönteni tudunk saját akaratunk szerint. Az agykutatáshoz közeledő új fizika arra is kínál magyarázatot, hogy az agy különálló és olykor viszonylag távoli részei rendkívül pontosan és a jelek szerint azonnali szinkronizált kapcsolatba lépnek egymással. Az új megközelítés hívei azt mondják: a helyhez kötöttség hiánya – vagyis az, hogy egy részecske látszólag egy időben több helyen is tud lenni – esetleg jellemző lehet az agy számos folyamatára. Bár a tudat jelenlegi vizsgálata sokat ígér, ma a kutatók csupán a tudatunkkal kapcsolatos bonyolult idegfolyamatokról szereznek felszínes ismereteket.
A nehézségek, mint említettük, hatalmasak. A koponyánkban rejlő agykéreg az előagy köpenyének felszínét borító 2-5 mm vastag szürkeállomány. Ennek fejlődéstanilag új része a neocortex, amely hat rétegből áll. Ebben tízmilliárd neuron mintegy ezer billió idegkapcsolatot alkot. Noha az agykutatók most már kezdik érteni néhány alapvető értelmi képesség élettani hátterét, az agy magasabb szintű tevékenységei még mindig kifognak rajtuk. Ilyen a hosszú távú emlékezés is.
László Ervin