Las matemáticas ayudan a ubicar la consciencia en el cerebro
Un modelo de la corteza cerebral señala que el “núcleo de red” podría albergarla
¿Cómo emerge, de un sustrato material como el del cerebro, una actividad consciente? La pregunta sigue siendo uno de los enigmas principales de la ciencia actual, y se ha afrontado en los últimos años desde distintos ángulos. Lo que de momento parecen señalar las matemáticas es que, si el cerebro funciona como una red, la consciencia podría estar en su núcleo principal (pero no solo).
*Yaiza Martínez
Imagen: geralt. Fuente: Pixabay.
Cien mil millones de neuronas o células cerebrales y cien mil millones de sinapsis o conexiones entre ellas. Estos son algunos de los “números” de nuestro cerebro.
¿Cómo puede surgir la consciencia de esa inmensidad? ¿Cómo emerge, de un sustrato material como el del cerebro, una actividad consciente?
¿En qué consiste, en definitiva, este sistema cerebral altamente organizado –casi como una orquesta, según estudios realizados en los últimos años- que nos permite darnos cuenta de las cosas, adaptarnos al entorno, imaginar, calcular, prever, etc.? Estas cuestiones constituyen, a día de hoy, uno de los principales enigmas de la ciencia.
Algunas explicaciones
Una muestra de la complejidad de la cuestión es la diversidad de respuestas que ha generado en los últimos años.
Hay neurocientíficos que apuestan por una explicación puramente materialista. Señalan, por ejemplo, que es en el córtex cerebral donde se genera la conciencia del entorno y de uno mismo; que la consciencia está alojada en una zona del tronco cerebral contigua a la médula espinal o que contamos con una “voz de la consciencia” gracias a la corteza prefrontal, una región del cerebro que participa en muchos de los procesos cognitivos y de lenguaje, y que está involucrada en la organización y en los procesos de toma de decisiones.
Otros especialistas abogan por una respuesta sistémica. Afirman que la consciencia en realidad se distribuye por todo el cerebro, y no se encuentra en un lugar específico de éste. Desde esta perspectiva, la consciencia humana se ha estudiado con herramientas matemáticas que permiten analizar el funcionamiento de redes complejas, como la teoría de grafos (herramienta que se usa también para describir redes sociales o rutas de vuelo).
Así se ha constatado por ejemplo que, cuando somos conscientes de algo, el cerebro entero se vuelve más conectado (todas sus áreas se interconectan entre sí), y no solo se activan en él algunas regiones específicas.
Buscando el núcleo de red
Este es el caso de una investigación realizada en 2016 por físicos de la Universidad Bar-Ilan de Israel. En ella, se utilizaron las matemáticas para determinar cómo la estructura de la red de la corteza cerebral humana puede integrar actividad consciente y datos complejos.
Para empezar, los científicos escanearon la zona gris de la corteza del cerebro, compuesta por los cuerpos celulares neuronales (centros metabólicos de las neuronas). Esto se hizo con tecnología de imagen por resonancia magnética (IRM).
Por otro lado, los físicos usaron la técnica de imagen por resonancia magnética con tensores de difusión (ITD) para escanear la materia blanca de la corteza, formada por paquetes de neuronas.
Finalmente, con todos estos datos, compusieron una red que era una aproximación a la estructura real de la corteza cerebral humana, y le aplicaron un tipo de análisis matemático de redes.
De esta manera, trataron de descomponer las capas estructurales de nuestra red cortical en diferentes jerarquías, para identificar un núcleo en dicha red del que pudiera emerger la consciencia.
El núcleo de red y el origen de la consciencia
Estudios previos habían demostrado que la corteza cerebral humana es una red con gran cantidad de estructuras neuronales locales y conexiones directas entre ellas, incluso si dichas estructuras se encuentran alejadas entre sí. A estos centros de conectividad se los denomina “nodos”, y gracias a ellos se transmite la información por el cerebro.
En este caso, se intentaba descubrir si, de entre todas esas áreas de conexión o nodos, había una más conectada que las demás, es decir, un núcleo de red.
El modelo topológico creado apuntó a que, efectivamente, existiría un núcleo de red que incluiría al 20% de los nodos. También señaló que el 80% de nodos restantes estarían fuertemente conectados a través de diferentes capas de conexiones.
Según este modelo, la información fluiría dentro de la red cortical de la siguiente forma: Existen nodos con baja conectividad que realizan funciones conscientes específicas, como el reconocimiento facial.
A partir de ellos, la información se transfiere a nodos más conectados, que permiten una integración adicional de datos para posibilitar funciones conscientes más complejas, como la función ejecutiva o la memoria de trabajo.
Por último, esa información integrada “viaja” a la zona de nodos con mayores conexiones, al núcleo de red, que se extiende a través de varias regiones de la corteza del cerebro.
Este modelo señala una explicación para la ubicación y el surgimiento de la consciencia en el cerebro. Según los directores de la investigación, el profesor Shlomo Havlin y el profesor Reuven Cohenque, dicho núcleo de red tendría la función de la consciencia misma.
Una curiosidad: El cerebro no es como Internet
Una curiosidad adicional que arroja esta investigación es que se aleja del símil cerebro-Internet que en los últimos tiempos se ha utilizado varias veces, sin duda debido a nuestra tendencia a explicarnos las cosas que no entendemos estableciendo analogías con elementos cercanos.
Ya en 2010 un estudio de la EPFL de Suiza apuntaba a que el proceso de maduración del cerebro humano sería similar al desarrollo de Internet y, en otras ocasiones, algunos han aventurado incluso (quizá inspirados por la historia de HAL 9000) que Internet podría estar cobrando consciencia, dado el parecido entre su funcionamiento y el del cerebro humano.
El estudio de Havlin y Cohenque resulta tranquilizador en este sentido pues, al comparar la topología de la red cortical con la de otras redes, como Internet, ha observado que entre ellas existen al menos una diferencia notable: En la topología de la red de Internet, casi el 25% de los nodos están aislados, lo que significa que no se conectan con capas intermedias, sino solo al núcleo.
Como contraste, en nuestra red cortical apenas hay nodos aislados, es decir que, al menos por ahora, nuestra corteza está mucho más conectada y es mucho más eficiente que la Red de redes en la transmisión e integración de información.
Referencias bibliográficas:
Nir Lahav, Baruch Ksherim, Eti Ben-Simon, Adi Maron-Katz, Reuven Cohen, Shlomo Havlin. K-shell decomposition reveals hierarchical cortical organization of the human brain. New Journal of Physics (2016). DOI: 10.1088/1367-2630/18/8/083013.
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*Escritora, periodista, y Directora de Tendencias21
La conciencia humana se genera en la parte posterior del córtex cerebral
Descubiertos los mecanismos neuronales que permiten al cerebro darse cuenta del entorno y de los procesos subjetivos
El córtex es la región del cerebro que genera la conciencia del entorno y de uno mismo, según una investigación que describe por vez primera los mecanismos neuronales del psiquismo humano. Aunque la investigación sobre la formación de la conciencia está aún en un estado primitivo, sus autores consideran que las facultades de nuestro cerebro pueden explicarse totalmente por la interacción de las células nerviosas.
Por Eduardo Martínez.
La conciencia humana y la percepción de la individualidad se generan en un determinado espacio del cerebro situada en la parte posterior del córtex, lo que convierte estos fenómenos en meros episodios de las reacciones bioquímicas del cerebro, según una investigación realizada por el Premio Nobel Francis Crick, uno de los descubridores de la estructura del ADN, que publica la revista Nature Neuroscience.
La investigación pretendía determinar la relación neuronal de la conciencia (neural correlate of consciousness o NCC) o, lo que es lo mismo, las bases neurobiológicas de esta facultad superior del psiquismo humano.
El córtex emerge como la región del cerebro donde se generan los procesos de la conciencia. Es una sofisticada e interconectada red neuronal que sustenta la percepción a través de nodos que expresan cada uno de ellos un aspecto de la percepción.
Un nodo por sí mismo no es capaz de generar conciencia ni de sostener la noción de individualidad, pero los nodos se activan y desactivan en función de una serie de coaliciones de neuronas que son las que amplían la capacidad cerebral y generan la conciencia de los procesos subjetivos y del entorno.
Estado primitivo de investigación
Aún reconociendo que las investigaciones sobre el papel de las neuronas en la formación de la conciencia están en un estado primitivo, Francis Crick considera que el comportamiento de nuestro cerebro puede explicarse totalmente por la interacción de las células nerviosas, lo que ha verificado mediante la investigación que hace pública ahora, en el 50 aniversario del descubrimiento de la doble hélice del ADN.
La investigación de Francis Crick, realizada conjuntamente con Christof Koch, se basa en años de experimentación, incluidos estudios con pacientes que sufrían lesiones cerebrales, pruebas con animales e investigaciones psicológicas.
Algunos de los datos de mayor valor provienen de estudios realizados con pacientes epilépticos, en cuyo cerebro se colocaron diminutas sondas para evaluar sus ataques.
El estudio describe cómo distintas partes del cerebro se interrelacionan para producir la conciencia. Por primera vez disponemos de un esquema coherente sobre las correlaciones neuronales de la conciencia en términos filosóficos, psicológicos y neuronales, señala el estudio.
Mecanismo natural
La conciencia en sí podría ser la expresión de un reducido número de neuronas, en particular de las que se proyectan desde la parte posterior del córtex hasta el córtex frontal, añaden los investigadores.
Desde 1976, Francis Crick, autor del conocido libro La búsqueda científica del alma, se ha dedicado a estudiar el cerebro humano y a buscar las bases científicas de un objeto tan intangible como es la conciencia.
Según explica en el artículo de Nature Neuroscience , se produce un mecanismo natural en el que distintas partes del cerebro humano se funden unas con otras para crear un sentimiento de conciencia.
La conciencia ha sido considerada durante mucho tiempo como un tema tabú y ha permanecido excluida del ámbito científico hasta hace muy poco tiempo, cuando algunos científicos y premios Nobel, entre ellos Francis Crick, la convirtieron en objeto de investigación.
Controversia sobre la conciencia
En la actualidad, un millar de científicos investigan esta peculiar función del psiquismo humano, particularmente en Estados Unidos y Europa del Norte, que encontrarán en la investigación de Crick un nuevo impulso a sus trabajos.
Como muchos de los otros aspectos investigados que son particularmente sutiles, la misma definición de conciencia es objeto de controversia entre estos científicos.
Las aproximaciones al concepto de conciencia van desde la metafísica a la neurobiología, pasando por la física teórica. El estudio de la conciencia se aborda por un lado como fenómeno trascendente o metafísico, y por otro como estado de vigilia en el que se desarrollan los diferentes procesos de la conciencia, particularmente la percepción, la visión y la atención.
Dos grandes corrientes estructuran las investigaciones sobre la conciencia. De un lado, la procedente de la neurobiología y la sicología cognitiva. De otro, la que postula que la conciencia es una propiedad de la materia a nivel cuántico.
Intencionalidad de la conciencia
Aunque la mayoría de los investigadores se mueven en la hipótesis del materialismo científico, también son numerosos los que consideran que nuestra especie posee a nivel psíquico funciones específicas que escapan a los procesos psico-químicos.
En la actualidad, los científicos tienden a converger en una definición de conciencia que consiste en un proceso que da sentido a las percepciones, lo que introduce en el concepto la noción de intencionalidad mediante la cual atribuimos a la conciencia una finalidad.
De esta forma, la conciencia se convierte en un apelativo de las percepciones y los pensamientos, lo que permite hablar de conciencia visual o sensorial.
Contemplada como proceso, la conciencia es una actividad autónoma que puede tener en cuenta o no los estímulos. En estas condiciones, un cerebro aislado y mantenido vivo debería permanecer consciente.
Derivación hacia la IA
El proceso también podría ser activado (estado de vigilia) o desactivado (estado de coma), si bien algunas experiencias en neurobiología parecen contradecir esta hipótesis.
Las aproximaciones a la noción, funcionamiento y mecanismos de la conciencia, aparte de su interés filosófico y neurobiológico, tienen el atractivo de perfilar investigaciones en otro terreno no menos importante, como el de la inteligencia artificial, que desde 1955 intenta replicar informáticamente las funciones superiores del psiquismo humano.
El Instituto Riken de Japón es paradigmático en los proyectos de réplica del cerebro humano, ya que trabaja en [tres programas diferentes]article: que pretenden por un lado comprender el cerebro, por otro protegerlo y finalmente recrearlo artificialmente, con todas sus facultades superiores, incluidas la conciencia, el pensamiento, la memoria y la intuición.
El trabajo de Crick se enmarca en este contexto y promete impulsar tanto las investigaciones para una mejor comprensión de la conciencia humana y sobre los procesos cerebrales que la soportan, como los trabajos tendentes a replicar en máquinas los mecanismos que caracterizan a la mente y el psiquismo humanos.
En la práctica, el cerebro funciona como un sofisticadísimo superordenador. Sólo pesa unos 1.300 gramos, pero contiene alrededor de 100.000 millones de células conocidas con el nombre de "neuronas" que constituyen las unidades básicas del sistema nervioso.
En un solo segundo, estas células son capaces de procesar hasta 200.000 millones de bits de información. Para ello se valen de sus casi 100 trillones de interconexiones.
La inteligencia artificial pretende replicar y superar esta capacidad del cerebro en sofisticadas y complejas máquinas adecuadamente programadas.
Fuentes:
http://www.tendencias21.net/Las-matematicas-ayudan-a-ubicar-la-consciencia-en-el-cerebro_a44273.html
http://www.tendencias21.net/La-conciencia-humana-se-genera-en-la-parte-posterior-del-cortex-cerebral_a127.html
