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El Conectoma cerebral. 05. Indicadores de la percepción consciente.




Cuando estamos en un estado consciente, experiencia que se nos hace evidente por ejemplo nada más despertar del sueño, somos capaces de darnos cuenta de las cosas que percibimos a nuestro alrededor, de nuestros movimientos, de nuestros estados corporales, nuestras emociones y de algo que pudiera parecer tan intangible como los pensamientos. Ayudados por la memoria somos capaces de recordar lo que hicimos ayer, lo que seguramente nos inducirá sensaciones semejantes a las vividas. Y todo ello en milisegundos, casi de forma instantánea. Lo asombroso de ello es que la casuística de todo lo que podemos imaginar puede dibujar lo que sin duda nos parece un conjunto de infinitos casos.

Libro del neurocientífico cognitivo francés Stanislas Dehaene de donde he sacado las ideas para esta entrada.

En la entrada anterior de esta serie ya hablamos de esta tremenda complejidad funcional y de una teoría acerca de qué es lo que sucede en ese estado. Hablamos de conexiones, dinámica y función. Ahora nos vamos a aproximar con otro enfoque, desde una perspectiva menos teórica y más práctica, más de laboratorio. De nuevo nos vamos a ceñir al estado de consciencia, fijándonos exclusivamente en el fenómeno del “acceso consciente”, es decir, aquel “momento vivencial”, casi un instante, en que se enciende una lucecita, aparece un nuevo matiz en nuestra mente que nos dice que lo que está en ella lo podemos manejar a voluntad, lo podemos pensar o comunicar. ¿Cómo sucede esto? o, más simplemente, ¿qué es lo que pasa en nuestro cerebro cuando sentimos esto? Ese momento en que cambiamos de modo subconsciente a modo consciente es una alteración tan real y medible que quizás podamos verla en nuestros laboratorios, lo que nos daría una pista de cómo a partir de la anatomía surge la función. O al menos de cómo pueda estar organizada la anatomía del cerebro y de cuál pueda ser su dinámica en ese caso particular y fácilmente experimentable.

¿Fácilmente experimentable? Pues sí. Los neurólogos han ideado una serie de protocolos de pruebas y disponen de unas herramientas con suficiente precisión local y temporal como para investigar y deducir la existencia de una pauta funcional para este estado cerebral: la explosión del acceso consciente. No voy a entrar en detalles acerca de esos protocolos.[1] Básicamente la esencia del truco está en preparar una prueba en la que quede lo más objetivamente manifiesto, para el sujeto que la lleva a cabo, el momento en que se le “enciende” el acceso consciente. Son conocidas las experiencias de mensajes -percepciones- subliminales enmascarados en una serie de otros mensajes -percepciones- conscientes. A medida que se hace más larga la exposición al mensaje subliminal, ése se va procesando con más intensidad en el subconsciente, hasta que para un determinado periodo de exposición “subliminal”, que puede ser del orden de pocas decenas a centenas de milisegundos, el mensaje se hace patente: ¡se abrió la puerta de la consciencia! Otra forma de provocar esta experiencia es aprovechando el hecho de que el cerebro no puede ser consciente simultáneamente de dos percepciones coincidentes en el tiempo: o atiende a una o atiende a la otra. ¿Qué pasa cuando el observador pasa de uno de los estados conscientes al otro? Son métodos de engañar al cerebro de una forma mensurable, buscando el momento preciso de subida al escalón consciente. Hay mucho avanzado en el tema.

Pero esa sensación subjetiva de cambio de estado, de la ceguera inconsciente a la luz consciente, hay que medirla. Y para ello los mismos neurólogos disponen hoy en día de herramientas que, aunque no pueden llegar al detalle generalizado de lo que pasa en el cerebro, sí les proporcionan medidas bastante precisas en tiempo y lugar de cómo es la dinámica neuronal o simplemente su estructura. Unas son invasivas en el tejido cerebral, otras sólo se pueden realizar “post mortem”; unas son más precisas en el espacio y no tanto en el tiempo, y otras todo lo contrario. Unas detectan justo los impulsos eléctricos que se producen en el córtex bajo el cuero cabelludo y otros nos van a dar imágenes 2D o 3D de los tejidos cerebrales, incluso los más profundos, y de su actividad. La combinación de ellas permite a los neurólogos alcanzar resultados asombrosos.

Bases de la magnetoencefalografía. Las variaciones de los flujos iónicos en las dendritas, una corriente eléctrica, inducen unos campos magnéticos que pueden ser detectados con sensores adecuados (Wikimedia, dominio público)

En lo que sigue básicamente se ha utilizado la electroencefalografía (EEG) y la magnetoencefalografía (MEG). Ambas técnicas aprovechan los campos eléctricos y magnéticos que se producen por las corrientes de iones inherentes a la actividad de las neuronas de la corteza cerebral al comunicarse unas con otras. Mediante un entramado de electrodos que se colocan en el cuero cabelludo se puede determinar con bastante precisión temporal, aunque no tanto local, la forma e intensidad del conjunto de la actividad sincrónica de millones de neuronas que tienen lugar bajo el cráneo.  Esta actividad cerebral uniforme, diferenciada y localizada, se manifiesta como líneas onduladas en un registro electro o magnetoencefalográfico.

Pero volvamos a esa sensación subjetiva que se produce al emerger la percepción consciente, de la que vamos a buscar indicadores físicos con las técnicas y protocolos de pruebas explicados. ¿Qué se ha logrado deducir?

Ya suponemos que el impulso definitivo que nos abre el acceso a la consciencia ha de ser el resultado de dinámicas subconscientes en donde se mezclen percepciones, procesos de atención, accesos a la memoria y recursos emocionales. Pero en esta entrada no nos vamos a plantear esos detalles funcionales, los correlatos neuronales de la consciencia,[2] sino que simplemente vamos a observar qué pasa. Puede parecer poco ambicioso… pero imaginad la utilidad a la hora de decidir sobre pacientes en estado comatoso o de buscar terapéuticas para enfermedades en donde la consciencia parece inhibida, si tenemos un sencillo y medible marcador que nos dice “está consciente o no lo está”.

Lo que se ha podido observar se manifiesta como una dinámica parecida a la de un cambio de estado de un sistema,[3] durante el cual se precisa de la aportación de un “calor” latente[4] escondido que no se manifiesta como un cambio de temperatura del sistema. El sistema parece permanecer estable hasta que alcanza el punto en el que se aprecia realmente en él un nuevo estado. El “cambio de estado” que se produce en el cerebro, en pocas palabras, sucede así: durante el estado inicial de percepción inconsciente la información que maneja el cerebro se queda enmarcada en las regiones cerebrales de procesamiento sensorial más temprano. Según sea la intensidad en la exposición de la percepción que se pretende se haga consciente (recordad que eso en la prueba se modula aumentando la exposición a la experiencia subliminal o aprovechando la rivalidad entre estímulos coincidentes) se activan más o menos zonas corticales. Por ejemplo para la vista, aunque también se ha comprobado para el sonido o el movimiento, la exposición a imágenes subliminales activa las cortezas visuales primarias en la parte posterior del lóbulo occipital. A medida que la imagen se hace más potente entran en la conversación áreas corticales más próximas a los lóbulos parietal y temporal, pero de ahí no pasan. Parece como si se vayan “cargando” progresivamente estas áreas cerebrales en la trasera de la cabeza. Sin embargo, si no se fuerza la duración de la exposición temporal del mensaje, esta “crecida” se atempera para irse difuminando progresivamente y desaparecer. Hubo una actividad en el subconsciente que se fue desvaneciendo al perderse el estímulo. No se produjo una gran ola de actividad neuronal que pudiera saltar el dique de la consciencia.

Sin embargo, cuando se prolonga la exposición más allá de los 300 milisegundos, más o menos, hay un momento en que el individuo que realiza la prueba reporta la aparición visual prácticamente instantánea de la imagen que se le había propuesto. La simple ola subliminal se ha hecho consciente. Aquí llegó el cambio de estado. Los registros de EEG craneales reportan un voltaje positivo elevado en la parte superior de la cabeza, denominado onda P300, que es la manifestación de un paso súbito, casi de todo o nada, hacia un evento lento y masivo, un amplificado tsunami de actividad neuronal que se extiende progresivamente desde la zona occipital, previamente activa en la fase subconsciente, hasta la corteza frontal, seguida de un rebote hacia las zonas de partida (ver imagen siguiente).

Dinámica del paso de los subconsciente a lo consciente de un estímulo visual. Avance de la onda P300. Los estímulos que se presentan por tiempo corto (masking strong) no llegan a extender su influencia al resto del cerebro, especialmente a las áreas prefrontales en donde se ve claramente el paso de la ola al tsunami que se comenta en el texto (Imagen a partir de la figura 34 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)

Hay más. En otros tipos de experimentos como los que estamos relatando, cuando se hace una propuesta sensorial al sujeto del ensayo, se le alteran los ritmos cerebrales conocidos como ondas cerebrales o bandas de frecuencia[5] y que son las que quedan reflejadas en los típicos gráficos cuando nos hacen un electroencefalograma. En especial se observa en todo el cerebro un aumento en la banda gamma de alta frecuencia (superior a los 30 hercios) dentro de los primeros doscientos milisegundos tras la exposición del objeto que se debe percibir. Si las condiciones del ensayo son tales que no se llega a la consciencia, tal incremento se difumina rápidamente. Sin embargo en la experiencia que desemboca en consciencia esta amplificación se mantiene. Curiosamente el cambio de paradigma sucede una vez más en la frontera de los 300 milisegundos, antes de la cual la onda gamma puede difuminarse y si la logra pasar se mantiene.

Adicionalmente a lo que nos manifiestan esas olas de actividad, la P300 o las gamma, y gracias al estudio de pacientes epilépticos, se ha encontrado otro marcador físico del estado consciente. El tratamiento quirúrgico de las epilepsias resistentes a la acción de los fármacos exige la recogida de información, localmente muy precisa, con el fin de orientar la acción quirúrgica con la que lograr el control de las crisis. Eso se consigue mediante el implante de electrodos profundos en el tejido neuronal cerebral en el área en donde se cree se genera la epilepsia, incluso con un nivel de precisión de una neurona de la que pueden medirse los cambios de voltaje en su membrana. Una vez conocida la zona afectada se practica una cirugía que bien puede llevar a diseccionar alguna parte del cerebro o a cortar el cuerpo calloso,[6] con lo que se separan prácticamente del todo los dos hemisferios. Otra alternativa terapéutica es la implantación de esos microelectrodos en el nervio vago con el objetivo de estimularlo mediante leves pulsaciones eléctricas emitidas de forma regular. Todo ello ha hecho que esta práctica terapéutica proporcionara una excelente oportunidad de experimentación e información para los neurólogos de la consciencia. Así pues, gracias a medidas efectuadas con microelectrodos situados en neuronas individuales, se comprobó que durante el tsunami de la consciencia se detectaba en la corteza monitoreada un importante incremento de actividad resonante coherente entre pares de neuronas que no tenían por qué ser próximas. Lo cual se manifestaba como otro marcador de la conciencia.

Resumiendo: Los estudios neuronales más específicos nos han permitido bajar al detalle del escenario que hemos decidido llamar “acceso consciente” y parece que con ello los neurólogos han sido capaces de describir cuatro marcadores básicos cuya detección les permite conjeturar con bastante seguridad qué en un paciente se ha abierto como de la nada el acceso consciente. Esos son:

(1) Una amplificación de la actividad  cerebral en las cortezas sensoriales primarias que poco a poco toma fuerza y que en el entorno de los trescientos milisegundos después de la aparición del estímulo, es decir, cuando se hace consciente, ocupa súbitamente muchas zonas de los lóbulos parietal y prefrontal;

(2) durante la actividad subconsciente el registro EEG en las cortezas cerebrales primarias da un claro patrón de ondas positivas y negativas, pero que se manifiestan muy atenuadas en la corteza prefrontal. Justo en el momento de la apertura consciente, más o menos a los pocos cientos de milisegundos del input perceptivo, en esta última corteza se observa una onda positiva de gran magnitud, la P300, hasta entonces inexistente. Como se ve, este evento aparece tarde, lo que indica que nuestra consciencia tiene un retraso con relación al mundo exterior. Extrañamente… vivimos en el pasado;[7]

(3) ante un estímulo sensorial el cerebro amplifica sus ondas de alta frecuencia (de más de treinta herzios), fortalecimiento que se mantiene en condiciones de acceso consciente y que se difumina cuando no se consigue;

(4) en el momento de acceso a la consciencia, a los trescientos milisegundos después de la aparición de la señal mostrada, muchos microelectrodos comienzan a detectar que hay un buen número de neuronas distantes que se sincronizan en frecuencias muy bajas.

En resumen, y como el propio Stanislas Dehaene propone en su libro: “Cuando una cantidad suficiente de regiones cerebrales se pone de acuerdo acerca de la importancia de la información sensorial que llega, la sincroniza en un estado de comunicación global de gran escala. Una amplia red se enciende en un estallido de activación de alto nivel…”…”Proponemos que la conciencia es la comunicación global de información en el cerebro: surge de una red neuronal cuya razón de ser es compartir información pertinente de manera global por todo el cerebro.”[8]

Así, algo tan cotidiano y natural como es el flash de atención que nos abre el sentimiento consciente nos ha llevado de la mano al concepto de red. Las neuronas constituyen una gran comunidad de trabajo que al sincronizarse consiguen intercambiar una información coherente. Por extensión imaginamos al cerebro como una red compleja formada por neuronas con sus enlaces, dependiendo precisamente su actividad y función de cómo esas neuronas estén interconectadas unas con otras. Cuando nos proponemos comprender cómo opera, no nos queda más remedio que saber cómo son esas interconexiones y elementos neuronales, y cómo ambos cooperan en la expresión general de la red. A partir del conocimiento del conectoma se abren nuevas perspectivas para la neurología: asomarse a la dinámica de funcionamiento neural y cómo a partir de ella surgen los procesos cerebrales superiores.

Ocurre por segunda vez en esta serie que aproximarnos a la experiencia consciente nos ha llevado a pensar en redes. La primera fue en la entrada anterior, de la mano de Gerald Edelman, cuando analizábamos qué es lo que parece que pasa en el encéfalo cuando se nos enciende de repente una luz y un pensamiento o una percepción se nos hace consciente. En este momento ya no tenemos más excusas para demorar el contemplar al cerebro como lo que es, una red física. Y eso es lo que vamos a hacer a continuación. Lo iniciaremos con una descripción global de lo que los neurólogos consideran son las principales redes funcionales para bajar a la realidad material del encéfalo y su aparente gelatina de sustancia gris y blanca. Veremos que esta gelatina está muy estructurada. Para acabar explicando los tres niveles de conexionado en el sistema nervioso -macro, meso y micro-, los tres perfectamente imbricados en su actividad pero muy diferentes en sus estructuras. Hasta la próxima entrada.

  1. Los curiosos podréis encontrar una detallada información en el libro del neurocientífico cognitivo francés Stanislas Dehaene, “La conciencia en el cerebro: Descifrando el enigma de como el cerebro elabora nuestros pensamientos”, capítulos 1 y 2. De este libro también surgen las ideas plasmadas en la entrada que estáis leyendo. []
  2. Para ello podéis acudir a la siguiente entrada de El Cedazo, “Soporte neuronal de la consciencia“, de la serie ”Biografía de lo Humano“. []
  3. En física y química se denomina cambio de estado a la evolución de la materia entre varios estados de agregación sin que ocurra un cambio en su composición. Los tres estados más estudiados y comunes en la Tierra son el sólido, el líquido y el gaseoso. []
  4. El calor latente es la energía requerida por una cantidad de sustancia para cambiar de fase, de sólido a líquido (calor de fusión) o de líquido a gaseoso (calor de vaporización). []
  5. Onda cerebral es la actividad eléctrica producida por el cerebro. Son de muy baja amplitud, del orden de microvoltios (en humanos) y no siempre siguen una sinusoide regular. Se clasifican según su frecuencia en varios tipos. []
  6. El cuerpo calloso es el haz de fibras nerviosas más extenso del cerebro humano. Su función es la de servir como vía de comunicación entre un hemisferio cerebral y el otro, con el fin de que ambos lados del cerebro trabajen de forma conjunta y complementaria. []
  7. Esa circunstancia puede tener explicación en lo siguiente. Cada experiencia sensorial, e incluso cada aspecto de detalle de cada experiencia sensorial, se procesa en el cerebro por caminos distintos y en zonas distintas. La inevitable constricción física que supone el transmitir señales por un medio material impone retrasos, o distintas velocidades, en los procesamientos de cada parte de la señal. Pero milagrosamente la propuesta del cerebro es coherente con lo que está pasando fuera de nosotros. Lo cual parece sugerir que hay como una especie de “túnel” de salida en donde los diversos perceptos se quedan a la espera de que, con todos gestionados, surja la posibilidad de una respuesta unificada. Y eso exige tiempo. []
  8. Del libro de Stanislas Dehaene, “La conciencia en el cerebro: Descifrando el enigma de como el cerebro elabora nuestros pensamientos”, pgs. 25 y 24, Siglo Veintiuno Editores, 2015. []

Sobre el autor:

jreguart ( )

 

{ 2 } Comentarios

  1. Gravatar Emmanuel | 17/08/2019 at 06:30 | Permalink

    Cada vez aproximándose más la neurociencia a desentrañar los misterios de la mente . Habrá que redefinir algunos conceptos creo yo . Gracias Jreguart por tratar tan interesante tema .

  2. Gravatar jreguart | 17/08/2019 at 08:28 | Permalink

    Hola Emmanuel,

    encantado en tenerte en el club de enamorados del cerebro y sus diabluras.

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