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El Conectoma cerebral. 04. Unicidad y diversidad. II




En la entrada anterior de esta serie acerca de “El Conectoma cerebral nos habíamos quedado apuntando la pregunta acerca de por qué a partir de un sistema infinitamente variable como es el cerebro emerja una experiencia consciente única. Hoy intentaremos pensar en cómo poner orden dentro de esta aparente nebulosa que parece sugerirnos todo lo contrario: la emergencia de una experiencia no-coherente. Para ello nos vamos a apoyar en las opiniones del premio Nobel de Medicina 1972 Gerald M. Edelman, quien nos propone un modelo mecánico[1] del funcionamiento del cerebro, inmerso en una teoría conocida como la de “la selección de grupos neuronales” o el “darwinismo neuronal”. No vamos a entrar en el detalle de esta teoría, centrándonos en aquellos aspectos de ella que, me parece, se ajustan más a nuestro propósito, que simplemente es el aportar puntos de vista que justifiquen la importancia del conectoma cerebral.

Gerarld M. Edelman y Giulio Tononi, “El Universo en la Conciencia”, Drakontos, edición 2005. Libro que me ha servido de base para exponer los conceptos presentados en esta entrada.

Si nos fijamos exclusivamente en las características físicas del estado consciente -sin pensar en la necesidad de un “yo” u otros razonamientos filosóficos- observamos, como ya decíamos en la entrada anterior, que lo que caracteriza a la actividad cerebral consciente viene definido por dos realidades: diversidad de información en las redes cerebrales, dado que las posibles emergencias conscientes en un momento determinado son infinitas, y unidad de pensamiento consciente, ya que es una realidad el que aparece un escenario consciente y solamente uno. Y aunque no sabemos muy bien cómo funcionan las profundidades del inconsciente, en donde la actividad en paralelo debe estar a la orden del día, cabe suponer que a la postre, ya que no puede dudar a la hora de proponer soluciones vitales automáticas -que es una buena parte de su responsabilidad-,[2] también podemos pensar que, en cierta medida, esas características se deben extender al mundo cerebral inconsciente. ¿Cómo se consigue?

Si la experiencia es única en el tiempo e infinita en su número de experiencias posibles, lo más lógico es pensar que la actividad de las configuraciones neuronales que las sustentan permitan también estas características de funcionamiento unificado y coherente, con una complejidad dinámica que le permita seguir infinitos derroteros. Arquitectura, dinámica y función deben ser caras de la misma moneda.

Se ha comprobado que cuando estamos viviendo un estado consciente, la actividad cerebral se desarrolla en muchas partes del cerebro, incluso muy separadas.[3] Aunque eso parezca poco coherente con lo que decíamos en el párrafo anterior acerca de un funcionamiento unificado. ¿Cómo conseguimos un esquema de conectividad entre los diversos y separados módulos que nos traen lo consciente, que sea fuerte -para generar una propuesta integrada- y ágil -para poder hacerlo en los milisegundos que precisa esa presencia de lo consciente-? ¿cómo generar la infinita diversidad y, lo que es más difícil, diferenciar justamente una entre todas las de la cesta de posibles propuestas?

Edelman contesta la primera pregunta aportando la idea de reentrada entre las diversas neuronas y módulos participantes. No solamente hay una arquitectura conexional que lleva información entre neuronas o grupos neuronales en una dirección, sino que de alguna manera debe haber otra paralela en sentido contrario. Las dos con una actividad absolutamente coyuntural que depende exclusivamente de la propia arquitectura y de los inputs externos o internos del momento[4]. El juego de ambos caminos posibilita un ajuste rápido en la funcionalidad de todos los participantes. Eso permite a la red neural el llevar a cabo un trabajo perfectamente coordinado en cada momento, al igual que sucede en una orquesta donde los músicos están ligados por la percepción sonora que cada uno escucha del conjunto, o del músico vecino. Esa ligazón dinámica y automática es la que asegura la coherencia en el tiempo y en el espacio de nuestros pensamientos conscientes: la sinfonía suena empastada y bien. Dicha coordinación dinámica de la que emerge lo consciente está imbricada dentro de un conjunto de neuronas, o regiones neuronales, que no necesariamente tiene que ser fijo, y al que Gerald Edelman llama “agrupación funcional”: “es una agrupación para ejercer una función, un subconjunto integrado de elementos del cerebro que, durante un plazo determinado de tiempo son capaces de interactuar más fuertemente entre ellos que con el resto del cerebro sin que sea posible dividirlo en un subconjunto de componentes independientes.”

Diagrama explicativo de los dos tipos de selección (elección de determinados circuitos con la contrapartida de eliminación o debilitamiento de otros), conocidos como “en el desarrollo” y “en la experiencia”, basados en la poda y el fortalecimiento de las sinapsis (Imagen a partir de Gerarld M. Edelman y Giulio Tononi, “El Universo en la Conciencia”, Drakontos, edición 2005, figura 7.2, página 109, fair use)

La segunda pregunta, la referente a la diversidad, la resuelve proponiendo la idea de que las redes que generan la experiencia única consciente presentan una característica que él llama un alto índice de complejidad neuronal”: las respuestas de las agrupaciones funcionales tendrán mayor poder de diferenciación unas de otras cuanto mayor sea la complejidad del sistema. Esta idea de complejidad aparece como una característica en las teorías más generales de sistemas complejos y también funciona, al menos en modelos, para el cerebro. Es algo intuitivo, ya que si no hubiera complejidad, si todos los elementos neuronales fueran iguales o estuvieran ligeramente interconectados, las propuestas funcionales serían muy pobres en número, todas ellas muy parecidas. Un aburrido orden. En el fondo de la idea está el hecho lógico de que en un sistema en que se maneje mucha información -y eso lo da la diversidad de sus elementos o su rico árbol de interconexiones- sin llegar a un inútil caos, se reduce en gran medida la incertidumbre entre las alternativas posibles: con el fluir de mucha información la diferenciación entre las diversas propuestas posibles es mucho más fácil. Son más “ricas”, luego son muy diferenciables. Como resume Edelman: “Llegamos así a una importante conclusión: Los valores altos de complejidad corresponden a una síntesis óptima de especialización funcional e integración funcional en un sistema.[5] Cosa que sucede en el cerebro, en donde cada grupo de neuronas o regiones cerebrales parece que estén especializados en un cometido específico y, sin embargo, de su funcionalidad emerge un escenario vital único… luego están integrados.

Ahora bien, ¿cómo se alcanza la complejidad? Mediante el enriquecimiento de la oferta estructural gracias a la plasticidad cerebral y a la poda sináptica producida por las fuerzas evolutivas. Durante la gestación, la genética dispone en el embrión una riqueza exagerada en el conexionado sináptico que al poco, durante los primeros meses de vida, la epigenética se va a encargar de podar.[6] Con ello resulta un cuadro de conexiones de base que a lo largo de toda nuestra vida va a ser continuamente modulado por el influjo de las propias experiencias externas. Al moldeado sináptico de la primera fase se le conoce como “selección en el desarrollo“, mientras que la segunda fase es la “selección en la experiencia” (ver imagen de más arriba). Aunque personalmente creo que lo que realmente pasa es una “elección” más que una “selección”, que va a venir con posterioridad a la elección. ¿Qué supone esos cambios coyunturales? Pues que hay sinapsis y circuitos que quedan claramente con más fortaleza que la del resto y con una asignación de valor vivencial más intensa que la de otros circuitos. Eso nos lleva directamente al concepto de selección neuronal de Edelman: ¿cuál va a ser el circuito neuronal cuya propuesta conductual va a ser seleccionada durante la competencia con la de otros circuitos más débiles?  La respuesta es muy obvia… el más fuerte y ágil, el mejor preparado para dejar descendencia, como diría Darwin. Eso tan general hay que verlo también con un prisma operativo. Todos los organismos, al enfrentarse con la vida, reciben datos inicialmente desconocidos, que necesariamente tienen que integrar en los procesos que van a definir sus pautas de conducta. Es vital hacerlo bien. De no saber lo que es el fuego a saberlo, de no saber que esa cara es amable a saberlo… Ese paso hacia la categoría y el concepto se consigue gracias a esos circuitos privilegiados en donde quedan “dibujados” todo tipo de mapas neurales, como diría mi admirado Antonio Damasio. Llegado el momento decisivo, cuando los estímulos externos requieren una respuesta, de entre todos los variados y variables circuitos neuronales existentes va a ser seleccionado uno, aquel de fortaleza suficiente como para “recordar” propuestas que fueron apropiadas en otros momentos semejantes.[7]

A la izquierda, ilustración de la teoría de núcleo dinámico, unión temporal de agrupaciones neuronales fuertemente interconectadas y cambiantes con en el tiempo. A la derecha, explicación gráfica de los diversos procesos que pueden surgir en el núcleo dinámico (ojo, las agrupaciones de colores están en un continuo baile): consciente (verde, P1) al generarse un núcleo dinámico talamocortical; preconsciente (amarillo, P2) que no logran extenderse hasta formar un núcleo dinámico por la obstaculización que le produce otro patrón consciente -en este caso P1-, que lo impide; o subliminal (rojo, P3) que se extingue antes de tener opción de convertirse en consciente (Imagen a partir de las figuras 33 y 35 de “Neurociencia y tecnopolítica: hacia un marco analógico para comprender la mente colectiva del 15M“, Xavier E. Barandiarán y Miguel Aguilera, (2015), CC BY-SA 4.0)

¿Cómo empastar las anteriores ideas y dar una propuesta plausible con lo que podemos saber del cerebro? Edelman lo hace a través de su hipótesis del “núcleo dinámico”. Aunque, OJO, la consciencia no sería el resultado del trabajo de un grupo especial, específico y fijo de neuronas, sino que SERÍA UN PROCESO gestado en múltiples zonas del cerebro con topología cambiante, principalmente en el sistema talámico-cortical.[8] Pensemos en una especie de “ectoplasma” cambiante -perdonadme la licencia- en cuya masa casi fantasmal se están produciendo una serie de chispazos perfectamente diferenciados y con localización cambiante, de donde necesariamente emerge en cada instante, tras un proceso interno de atención, la propuesta de experiencia subjetiva consciente. No son las propias neuronas y sus propiedades particulares las que codifican los pensamientos, sino la manera en la que están interconectadas entre sí. No pensemos que eso se produce gracias a la actividad dentro de una arquitectura de red fija y especializada, ya que trasciende los límites anatómicos, siendo el resultado de unas rápidas alianzas físicas de geometría variable de donde emerge el proceso necesario. Por eso le llama núcleo dinámico: Núcleo, porque mantiene siempre la necesaria integración, y dinámico, cambiante, porque asegura la necesaria diferenciación.

Al principio de esta entrada comentamos que la propuesta del núcleo dinámico era la de un modelo mecánico para el cerebro y, a la vista de todo lo anterior, así lo podríamos suponer. Cosa ciertamente inquietante, ya que parece como que la consciencia sea simplemente una característica intrínseca de una máquina, de un sistema, de donde naturalmente emerge con más o menos fuerza cuanto mayor o menor sea la información integrada que maneje el sistema, directamente relacionada con su complejidad estructural. Como colofón traigamos de nuevo palabras de Gerarld M. Edelman: “La hipótesis [del darwinismo neuronal] sostiene lo siguiente: 1. Un grupo de neuronas puede contribuir directamente a la experiencia consciente sólo si forma parte de una agrupación funcional distribuida que, a través de interacciones de reentrada en el sistema talamocortical, alcanza un alto grado de integración en unos centenares de milisegundos. 2. Para sustentar la experiencia consciente es esencial que esa agrupación funcional esté altamente diferenciada, es decir, que presente valores altos de complejidad.”[9]

Iniciamos la entrada anterior haciéndonos la pregunta de que quizás el hecho de analizar el estado funcional cerebral que definimos como “consciencia”, con todas sus infinitas complejidades, nos ayudaría a ir desmadejando o dando un poco más de luz a lo que pueda ser el conectoma neuronal. Y realmente creo que así ha sido, ya que salimos ahora de esa entrada de hoy con una mochila que nos habla de una historia plausible acerca de núcleos dinámicos y agrupaciones funcionales: sobre la base de una particular conexión física se desarrolla la actividad, con toda su dinámica, a partir de la que emerge la función cerebral. La teoría estudiada ha ido evolucionando con el tiempo hacia lo que ahora se conoce como IIT, “Teoría de la Información Integrada” (Integrated Information Theory), que pretende trascender la base fisiológica, para moverse en el mundo de los modelos matemáticos. Personalmente me parece fascinante este tipo de planteamientos que nos pueden llevar a conclusiones inquietantes. Por ello, al final de esta serie voy a intentar construir un apéndice monográfico sobre el tema.

Aunque ahora la vida sigue… en la siguiente entrada bajaremos a lo que nos dice el laboratorio acerca de la experiencia consciente y su circuitería.

  1. Mecánico en el sentido de automático o hecho sin reflexión. Lo propio de una máquina. []
  2. Pensemos en cuando vamos sin problemas en nuestra bicicleta sin pensar en cómo coordinar todos los mecanismos orgánicos de equilibrio, o un violinista interpretando las partituras más intrincadas de Sarasate pensando en dónde debe situar sus dedos en cada momento. Si esas habilidades motoras -incluso de pensamiento- no se preparan y se hacen de forma inconsciente, el mundo sería una catástrofe para los animales. []
  3. Es fácil de detectar mediante técnicas que usan la electroencefalografía o la magnetoencefalografía. []
  4. Lo que diferencia a esa idea de “reentrada” de la simple “realimentación” en donde están predefinidas las normas de relación. []
  5. Gerarld M. Edelman y Giulio Tononi, “El Universo en la Conciencia”, Drakontos, edición 2005, pagina 16. []
  6. En la serieCerebro: del año 0 al año 20” de este blog tenéis más información acerca de los fenómenos de desarrollo sináptico a lo largo de la vida de una persona. []
  7. Lo que nos insinúa la existencia de un proceso llamado memoria. Según la teoría de la selección de grupos neuronales de Edelman, los patrones conceptuales y los valores que continuamente se generan, grabados por la evolución en el cerebro, constituyen el más elemental sistema general de memoria. Aunque Edelman no opine taxativamente que esos patrones de categorías universales y conceptos, así como de valores, que constituye la memoria sea algo fijo en la física del cerebro, sino más bien algo dinámico. La memoria no es un dibujo estático sino más bien la capacidad de reproducir el pasado. Un proceso, más que una estructura neuronal. []
  8. El sistema talamocortical es una unidad funcional cerebral compuesta por fibras nerviosas aferentes y eferentes que conectan a los núcleos talámicos con áreas funcionales de la corteza. []
  9. Gerarld M. Edelman y Giulio Tononi, “El Universo en la Conciencia”, Drakontos, edición 2005, pagina 177. []

Sobre el autor:

jreguart ( )

 

{ 6 } Comentarios

  1. Gravatar Marcelo | 29/07/2019 at 11:02 | Permalink

    Fascinante , solo eso puedo decir . La analogía con la orquesta me pareció muy cercano a lo que debe ser el cerebro con sus componentes independientes o módulos materiales , algo así como los instrumentistas , y la música , que representaría el intangible pensamiento, o consciencia . en ambos casos hay una suerte de realimentación o algo parecido , generándose toda una dinámica allí…. tiendo a abusar un tanto de las analogías , pido disculpas je je je . En fin , creo que cada vez se está echando más luz sobre como funciona el cerebro y como emerge finalmente la consciencia a partir de su complejo funcionamiento . Estaba pensando hace poco que nosotros cuando hablamos de la consciencia da la impresión que valoramos el estado actual de ésta como si fuera su etapa final . Y a la luz de todos estos descubrimientos de la ciencia y otras disciplinas me da la impresión que al irse ampliando en un futuro los seres humanos captarán o entenderán el mundo de una forma muy distinta a como lo hacemos ahora . Infinitas gracias Jreguart por darnos la posibilidad de acercarnos a este mundo maravilloso del conocimiento . Simplemente es digno de encomio tu generosidad , un abrazo .

  2. Gravatar jreguart | 30/07/2019 at 07:30 | Permalink

    Hola Marcelo,

    gracias por tus amabilísimas palabras. Evidentemente estamos aun empezando y queda mucho por desvelar en el impresionante mundo del cerebro. Un saludo.

  3. Gravatar Nepolo | 02/08/2019 at 04:44 | Permalink

    “En el cerebro, la memoria no se guarda de forma física en un lugar especial ; más bien consiste en la activación fisiológica de muchas neuronas repartidas en varias partes del cerebro y que forman una red neuronal . Cuando recordamos algo , lo que ocurre entonces , es que echamos a andar la “maquinaria neuronal” que dio origen a esa misma experiencia . y cuando hay involucrada una emoción en esa memoria , de alguna manera revivimos esa emoción ya que se “reclutan” y activan circuitos neuronales que se encuentran involucrados en aquellas emociones , y cuando se recupera la información de una emoción se restaura al mismo tiempo la actividad eléctrica neuronal asociada , repitiendo , por tanto, la experiencia de esa emoción” … Leí esto de un neurocientífico y quise compartirlo y aportar en algo a esta tan interesante entrada . gracias

  4. Gravatar jreguart | 03/08/2019 at 09:36 | Permalink

    Hola Nepolo,

    muchas gracias por tu aportación.

  5. Gravatar Lino | 06/08/2019 at 08:42 | Permalink

    Jreguart, primero que cualquier cosa felicitarte por el tema tratado y por esta entrada que me ha parecido muy interesante . Quiero preguntarte si en otras series has tratado el sistema límbico y el sistema de recompensa ; de los cuales quiero profundizar un poco más – a ver si me lo compartes en algún momento por favor – Si tienes contacto con Pedro dile que no olvidamos el gran aporte que ha hecho a la difusión de la ciencia , varios de mis amigos y conocidos orientaron su camino por el mundo de la ciencia gracias a su entusiasmo por despertar la curiosidad de muchos jóvenes y no tan jóvenes también . un abrazo.

  6. Gravatar jreguart | 07/08/2019 at 09:18 | Permalink

    Hola Lino,

    desgraciadamente no puedo ayudarte a satisfacer tu curiosidad sobre le sistema límbico. He leído bastantes cosas pero aun no me he motivado lo suficiente como para hacer un paréntesis en donde profundizar sobre el tema. Así funciono… me da por temporadas y en ellas me dedico casi solo a un monotema. De todas formas te recomiendo el libro de Joseph LeDoux “El cerebro emocional”, en donde habla de forma muy clara sobre el tema, particularmente orientado a la respuesta al miedo.

    Con respecto a Pedro, de vez en cuando tenemos algún contacto esporádico. Sé que está muy atareado con sus responsabilidades docentes que le absorben mucha energía. Es bueno para él ya que me da un índice de que profesionalmente va como una moto (como era de esperar en una persona tan capaz como él) pero fatal para sus seguidores ya que hemos perdido la fuente que, como tu indicas, nos ha desasnado a muchos. No sé si tendremos que esperar a su jubilación para poder disfrutar de sus dotes como divulgador de ciencia. Y para eso aun quedan muchos años.

    Un saludo

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