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El Conectoma cerebral. 13. Apéndice. La Teoría de la Información Integrada.

Vamos a cerrar el recorrido sobre el conectoma cerebral, auténtico protagonista de esta serie a lo largo de varias entradas (aquí, la anterior), con una somera inmersión en una teoría que basa el estado de consciencia sobre una determinada estructura de red más que sobre el tipo de proceso que en ella se desarrolla. Estamos refiriéndonos a la Teoría de la Información Integrada (TII), cuyas raíces se extienden a partir de la idea del “núcleo dinámico” de Gerald M. Edelman, del que ya hablamos en las entradas 03 y 04 de la serie, idea que siguió desarrollando, siendo hoy el líder de la misma, el médico psiquiatra italiano Giulio Tononi.[1]

Quiero hacer hincapié en que es “una teoría”, en el sentido que le da el diccionario de la lengua española: “Conocimiento especulativo considerado con independencia de toda aplicación”… por ahora, añadiría yo. Es una teoría que en base a modelizar las redes informativas, lo que permite un estudio y aproximación matemática, intenta poder definir cuáles son más propensas a generar estados de consciencia. Claro, habrá que decidir antes qué entendemos por “estados de consciencia”. Lo que nos lleva a los planteamientos de Edelman acerca de la “consciencia primaria“, aquella que no se enreda en planteamientos metafísicos como la existencia de un Yo o en una capacidad de razonamiento superior. Simplemente, consciencia primaria es aquello que nos permite saber que estamos conectados con nuestro entorno y nuestro cuerpo, lo que recuperamos cuando nos despertamos de un sueño. Y, ¡OJO!, eso hay que tenerlo muy en cuenta a la hora de valorar la conclusión que propongo en el fin de entrada. Sigue leyendo ›

  1. La base de la exposición de esta entrada la podéis encontrar en el siguiente artículo de Tononi, “An information integration theory of consciousness”, BMC Neuroscience, 10 de agosto de 2004. []

El Conectoma cerebral. 12. El conectoma funcional II

El mundo, tal como lo percibimos, es nuestra propia invención.

Hans von Foerster (1911-2002), filósofo y uno de los padres de la cibernética junto con John von Neumann entre otros.

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Acabamos la entrada anterior de esta serie sobre el conectoma cerebral con la siguiente afirmación: El análisis del estado en “modo por defecto” de nuestro cerebro nos ha permitido encontrar que tal suigéneris modo operativo se extiende sobre varias regiones. Ya comentamos que en este modo de funcionamiento determinadas zonas cerebrales modulan sus actividades según un patrón de ondas de periodo en el entorno de las pocas decenas de segundo. Dijimos también que estas ondas de actividad pueden ser detectadas mediante técnicas de resonancia magnética siguiendo los patrones de variación del oxígeno sanguíneo (IRMf-BOLD) (ver siguiente figura).

Correlación de las señales ondulantes en estado de reposo de varias zonas cerebrales. Se observa una clara correlación entre las regiones amarilla y naranja y una perfecta anti-correlación de las mismas con la azul (Imagen a partir de “The human brain is intrinsically organized into dinamic, anticorrelated functional networks”, figura 1, Michael D. Fox et al., PNAS julio 2005, fair use)

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Historia de un ignorante, ma non troppo… Gran concierto para cello y orquesta “Militar”, de Jacques Offenbach

El artículo de hoy de esta serie ignorante sobre música clásica trata de una obra que, aunque escrita a mediados del siglo XIX, hace apenas unos años que ha entrado a formar parte del repertorio musical, por ciertas razones que veremos en breve. Y el que un nuevo concierto escrito para violonchelo y orquesta pueda ser interpretado con garantías en una Sala de Conciertos es una buena noticia para los esforzados músicos que tocan este instrumento, pues la lista de conciertos para cello y orquesta es bastante limitado: Además del rutilante concierto de Dvorak al que ya dediqué uno de mis desvaríos hace años, una de las grandes, grandes obras de todos los tiempos, el repertorio habitual incluye el concierto de Elgar, el de Schumann, el de Shostakovich, el de Hindemith… y ya. Muy poco más.[1]

Pues bien, cuando escuchéis este “Concierto Militar” de Offenbach veréis que tiene todas las papeletas para ser incluido con todos los honores en dicho repertorio: es original, tiene pasajes de virtuoso que hacen lucirse al solista, la armonía entre el cello y la orquesta está bien construida… en fin, es un concierto muy bello. Lo que no es de extrañar, habida cuenta de que Jacques Offenbach era, en primer lugar, un virtuoso del violonchelo y, en segundo, un celebérrimo compositor de operetas, óperas bufas, óperas cómicas, etc, el creador y rey indiscutible de la comedia musical parisina de mediados del siglo XIX, la época del can-can que él mismo llevó a su cenit en obras como Orfeo en los Infiernos o La Alegría Parisina (La gaîté parisienne, en francés), o Los Cuentos de Hoffmann, prácticamente su única ópera “seria”, que no llegó a terminar, pues le sorprendió la muerte mientras estaba componiéndola.[2]

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  1. Hay también un buen número de conciertos barrocos, que suelen tocarse poco y casi siempre por orquestas especializadas, rara vez en Salas Sinfónicas. []
  2. Sí, la famosísima Barcarola que todo el mundo conoce pertenece a esta ópera []

El Conectoma cerebral. 11. El conectoma funcional I

En las dos entradas anteriores, ésta y esta otra, de nuestra serie hemos intentado describir al conectoma físico cerebral bajo el enfoque del análisis que plantea la teoría de redes. Hemos hecho hincapié en lo que nos dice la teoría acerca de la arquitectura estructural, lo que nos llevó de la mano a conceptos y características que se definen como de “mundo pequeño”, de los “concentradores” o “hub’s”, de los “clubs de ricos” y de las relaciones económicas dentro de las redes complejas que se concretaban en algo así como un mercadeo equilibrado entre los recursos constructivos cerebrales y la eficacia en la comunicación neuronal. De la teoría pasamos también a la realidad de los estudios directos anatómicos y funcionales del cerebro que, efectivamente, nos corroboraban la existencia de este tipo de estructuras en el sistema nervioso.

Un marco conceptual que considera a la “dinámica de la comunicación” como el vínculo necesario entre los dominios de la conectividad estructural y de la funcional. (Imagen de“Communication dynamics in complex brain networks”, figura 1, Andrea Avena-Koenigsberger, Bratislav Misic y Olaf Sporns, Reviews Neuroscience, diciembre 2017, fair use)

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Explorando el álgebra geométrica 16 – Rotaciones en el espacio euclídeo tridimensional (I)

En esta nueva entrada de la serie dedicada al álgebra geométrica veremos las rotaciones en el espacio euclídeo tridimensional. Como vimos en la entrada anterior, todas las rotaciones en este espacio son simples. De ahí resulta que todos los operadores de rotación, o rotores, del álgebra \mathcal{G}_3 se pueden expresar como cuaterniones unitarios. Componer rotaciones en tres dimensiones viene a ser multiplicar cuaterniones unitarios. Reconocer en esos cuaterniones unitarios los ángulos y ejes de rotación es muy sencillo. De hecho, el uso de cuaterniones es el método más simple de obtener el ángulo y el eje resultante de la composición de rotaciones en tres dimensiones.

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El Conectoma cerebral. 10. El conectoma y la teoría de redes. II

En la entrada anterior de esta serie sobre el Conectoma cerebral se hizo un somero análisis acerca de las redes y su posible estudio, todo desde un punto de vista teórico muy global. En la entrada de hoy seguiremos lo que dejamos como un paréntesis abierto e intentaremos ampliar esas ideas generales y sus consecuencias, para después proyectarlas a las redes de nuestro cerebro.

En relación al estudio de las redes del cerebro los analistas se encuentran con un variado listado de problemas de base: uno de ellos es la variabilidad estructural de los patrones de conexión[1]; otro, su constante remodelado gracias a su plasticidad; también la dificultad a la hora de valorar la fortaleza de las conexiones individuales; por no hablar de que no hay dos cerebros humanos iguales en los que encontramos variaciones a todas las escalas; o la propia naturaleza multi-escala de la arquitectura de la conectividad cerebral… y aunque se haya comprobado que desde un punto de vista de sistema ningún nivel de escala ocupa una posición privilegiada en la jerarquía de la actividad, y que todos los procesos a cualquier escala contribuyen en las propuestas funcionales generales que se observan en la cognición o el comportamiento, quizás esa falta de jerarquización, que dibuja un comportamiento superpuesto y mezclado de los módulos de la red, sea una complicación más en el estudio de la actividad.

Características básicas de una red. El grado del nodo (degree) es simplemente el número de aristas unidas a un nodo determinado. El coeficiente de agrupamiento (clustering) expresa la medida en que los vecinos topológicos de un nodo están conectados entre sí. La longitud del camino más corto corresponde a la distancia (topológica, no métrica) entre dos nodos. La red del ejemplo, a la derecha, puede descomponerse en dos módulos principales que están interconectados por un solo nodo central o hub (Imagen a partir de “The Non-Random Brain: Efficiency, Economy, and Complex Dynamics”, figura 2, Olaf Sporns, Frontiers in Computational Neuroscience, febrero 2018, fair use)

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  1. Ya hablamos de ello en otras entradas de esta serie, ésta y esta otra. []

¿Has leído El contraataque aliado, de James Holland?

Efectivamente, ésta es la segunda parte de la trilogía sobre “La Segunda Guerra Mundial en Occidente” de James Holland, cuya primera parte, El auge de Alemania, fue objeto de comentario en este humilde blog hace unas semanas. Ya comenté en aquella entrada que James Holland es un historiador inglés, especialista en el siglo XX y, en particular, en la Segunda Guerra Mundial. Es hermano del también historiador Tom Holland, especializado en el mundo antiguo.

Habiendo nacido James Holland en los años 70 del siglo pasado, está relativamente libre las influencias de las publicaciones, documentales, películas y demás sobre la guerra imperantes en los años inmediatamente posteriores a la finalización de la guerra. Él no ha bebido de los dogmas dominantes durante tantos años: que Alemania estuvo a punto de ganar la guerra; que el Reino Unido tenía un ejército incompetente y que a puntito estuvo de ser invadida en 1940; que Rommel era un genio y que a punto estuvo de conquistar Egipto; que los estadounidenses tenían una maquinaria bélica engrasada perfectamente organizada desde siempre (en esto Hollywood ha hecho un buen trabajo)…

James Holland, al ser tan joven, no ha sido bombardeado con tantas y tantas verdades indiscutibles sobre la segunda guerra mundial; entre eso y que con el tiempo se han abierto a la luz muchísimos archivos que han estado ocultos a los investigadores durante años, su visión sobre la evolución de la guerra, su motivación y desarrollo, es muy diferente de la, por decirlo de algún modo, “historia oficial” de la guerra que nos han contado durante tantos años.

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El Conectoma cerebral. 09. El conectoma y la teoría de redes. I

Hasta ahora, y a lo largo de esta serie, al observar los patrones de funcionamiento del cerebro hemos visto cómo la idea de una red cerebral se iba abriendo paso. En las dos entradas anteriores, la 07 y la 08, explicamos las tres escalas en que se divide la topología de esta red y presentamos un esbozo de su anatomía. En la entrada de hoy vamos a dar un paso hacia la teoría de redes para ver qué es lo que aporta a la definición de un conectoma físico, funcional y efectivo.

Lo que parece ser la primera publicación histórica, de 1735, relacionada con la teoría de grafos. Se trata de un estudio de Leonhard Euler acerca del problema de “Los siete puentes de Köningsberg” (Imagen a partir de “Solutio problematis ad geometriam situs pertinetis”, The Euler Archive, publication, St Petesburg Academy Publications, Comentarii, Volume 8, E53, dominio público)

El diálogo entre estructura y dinámica es una cualidad central en muchas redes complejas cuya conectividad va cambiando y evolucionando con el tiempo, siguiendo los múltiples focos de presión selectiva y de adaptación. En el cerebro sucede lo mismo: la dinámica del mapa “social” del conectoma físico, el “conectoma en movimiento”, convierte la estructura del cerebro en funcionalidad. Sigue leyendo ›

¡Hablemos de músculos!

Estamos hechos para movernos. Buscar comida, huir del peligro, encontrar pareja… los animales sobrevivimos usando esta estrategia, fruto de millones de años de evolución. Parece sencillo de tan habitual que nos resulta. Y realmente es algo sencillo, pero como todo lo relacionado con la biología y la fisiología, con un aderezo de lo que siempre me parece una asombrosa complejidad. Los músculos, bajo la batuta de las decisiones del encéfalo, son los que mueven nuestra estructura esquelética cual perfecto robot mecánico ¿Alguna vez nos hemos preguntado cómo es el motor que lo hace funcionar? Hoy vamos a explicar esta maravilla de la nanotecnología biológica.

Un guepardo en pleno sprint. Actividad muscular suprema… casi se oye el sigiloso deslizar de los sarcómeros (Wikimedia, CC BY-SA 3.0)

La base del movimiento esquelético -y algún otro, como las expresiones faciales o el palpitar cardíaco- está en la propiedad de los músculos estriados[1] por la cual pueden estirar o encoger su longitud. A poco que sepamos de anatomía está claro que músculos hay de todos los tipos y tamaños, y que podemos imaginar que la base de la facultad de elongación se debió inventar una sola vez, lo que quiere decir que debe ser única y general para todos ellos. Y así es. La elasticidad muscular se consigue a través de una unidad de acción mínima -del orden de 2,5 micras- con capacidad de alargarse hasta el doble o encogerse a la mitad, más o menos. Con ese nanomotor, cual si fuera una pieza de LEGO, la naturaleza puede construir, según sus necesidades, desde el músculo más grande de nuestro cuerpo, el glúteo, al pequeño estapedio que fija al huesecillo estribo en el oído. Sigue leyendo ›

  1. El músculo estriado es un tipo de músculo compuesto por fibras largas que están rodeadas por una membrana celular, el sarcolema. Dichas fibras musculares son realmente células alargadas en las que se observa, al verlas a través de un microscopio, estrías longitudinales y transversales que mantienen el mismo grosor en toda su extensión. Esas fibras -células musculares- poseen abundantes filamentos, las miofibrillas. El diámetro de las fibras musculares estriadas esqueléticas oscila entre 10 y 100 micrómetros. []

El Conectoma cerebral. 08. Escalas del conectoma II

En la entrada anterior de esta serie introdujimos la idea de que el conexionado cerebral trabaja en varias escalas: la micro, la macro y la meso. Nos dio tiempo a comentar el mundo micro, en especial lo referente a las sinapsis. Hoy debemos continuar, y lo vamos a hacer comenzando con el conectoma a vista macro. Aunque para que la ligazón sea más visible y continúe la misma música, os llevo a eso… a un mundo de música ¡dendrítica! Un miembro de una afamada familia musical española, Pablo Toharia Rabasco, ingeniero informático y músico,[1] tuvo la idea de escribir una partitura musical a partir del tamaño, longitud y distribución de las espinas dendríticas. En sus propias palabras: “Demostramos que el análisis de audio de dendritas espinosas con morfología aparentemente similar puede “sonar” bastante diferente, revelando sustratos anatómicos que no son evidentes a partir de una simple inspección visual.[2] Y este es el resultado:

Fragmento de partituras de la música escondida en una dendrita del córtex cingulado de un hombre de 40 años y en la de un hombre de 85 años. Las dos son distintas. (Imagen de ”Musical Representation of Dendritic Spine Distribution: A New Exploratory Tool“, figura 6, Pablo Toharia Rabasco et al., Neuroinformatics, 2014, fair use)

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  1. Le acompañaron en su aventura unos cuantos colegas de la Universidad Rey Juan Carlos de Madrid: Juan Morales, Octavio de Juan, Isabel Fernaud, Ángel Rodríguez y Javier DeFelipe. []
  2. Musical Representation of Dendritic Spine Distribution: A New Exploratory Tool“, Neuroinformatics, 2014. []