Donde la neurociencia se encuentra en la comprensión de la conciencia

La dinámica de la red es la clave.

Muchos científicos, incluso científicos físicos, afirman que el Santo Grial de la ciencia es comprender la conciencia humana. Este estado humano es incluso difícil de definir, pero se caracteriza por un estado en el que sabemos lo que creemos, conocemos e imaginamos, sabemos lo que decidimos y planificamos, y sentimos lo que sentimos. Eso no explica nada.

Fuente: Por Davidboyashi – Trabajo propio, CC BY-SA 4.0

El problema en la comprensión no es solo que los mecanismos seguramente deben ser complicados, sino también que no tenemos buenas herramientas experimentales no invasivas. Solo hay dos herramientas útiles, un proxy metabólico de la actividad eléctrica neural (fMRI funcional) y el monitoreo del cuero cabelludo de la actividad eléctrica (el electroencefalograma (EEG), o su contraparte del campo magnético. Entre los problemas con fMRI se encuentran que es solo una medida indirecta de la señalización real dentro del cerebro que genera pensamiento y sentimiento y permite la conciencia. Su resolución de tiempo es de alrededor de un segundo o más, mientras que la señalización en el cerebro ocurre en una escala de milisegundos. Aunque el EEG monitorea la actividad en la escala de tiempo apropiada, tiene una resolución espacial muy pobre, ya que los campos de voltaje sobre varias regiones de la corteza se superponen, porque el voltaje se extiende en amplitud progresivamente disminuida a través del medio conductor del cerebro desde su fuente de generación a otra generadores de fuentes Aunque el EEG sí monitoriza el objetivo apropiado (actividad eléctrica), esa actividad es una envoltura de las señales sumadas algebraicamente de conjuntos neuronales heterogéneos, que son impulsos nerviosos y sus potenciales postsinápticos asociados más cercanos a los electrodos de detección.

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No obstante, sí sabemos muchas cosas útiles sobre la función cerebral que seguramente están involucradas en el funcionamiento consciente. Los neurocientíficos han descubierto mucho de esto en animales inferiores a partir de procedimientos invasivos que no están permitidos en humanos. En resumen, podemos enumerar las siguientes funciones cerebrales que son relevantes para la conciencia:

• El cerebro es una red de redes ricamente interconectadas.
• Las funciones son modulares. Diferentes redes tienen funciones primarias diferentes y cambiantes, y algunas pueden ser reclutadas selectivamente cuando se necesita su función.
• Algunas redes pueden realizar múltiples funciones, dependiendo de qué otras redes las hayan reclutado para la acción.
• Algunos aspectos de la conectividad funcional de diferentes redes difieren en los estados inconscientes y conscientes.
• La vigilia y la conciencia no son lo mismo. La vigilia es necesaria, pero no suficiente para la conciencia.
• Se ha aprendido mucho sobre los mecanismos neuronales que causan vigilia, pero eso no ha ayudado mucho en la comprensión de la conciencia.
• Las señales de mensajes del cerebro son impulsos nerviosos y sus efectos postsinápticos neurotransmisores.
• Los voltajes sumados de los mensajes tienen efectos electrostáticos que alteran la excitabilidad de las neuronas dentro del campo de voltaje.
• La frecuencia de las ráfagas de impulsos y su envolvente EEG imponen efectos importantes sobre la activación y el rendimiento de la información a medida que se propaga y se modifica en todo el espacio de trabajo global de las redes.
• Hay múltiples correlatos neurales de la conciencia, pero no hemos identificado con certeza cuáles son necesarios y suficientes para la conciencia.

Se cree que la actividad eléctrica oscilatoria tiene un papel clave en el enrutamiento selectivo de la información en el cerebro. Las oscilaciones parecen modular la excitabilidad, dependiendo de las relaciones de fase de los conjuntos neuronales vinculados. Dos hipótesis prominentes se han presentado como cruciales para la conciencia, y no son mutuamente excluyentes:

• Actividad de fase cerrada en dos o más conjuntos (coherencia)
• Entrada inhibidora que dirige las vías de propagación dentro de las redes.

La clave para descubrir los mecanismos de la conciencia es identificar todos los correlatos neuronales y luego aventar la lista a aquellos que son tanto necesarios como suficientes para la conciencia. A veces, descubrimientos importantes ocurren cuando se estudia lo contrario de lo que se quiere estudiar. Este principio se manifiesta en estudios sobre la función cerebral durante varios estados de inconsciencia (como la anestesia, el coma o el sueño sin sueño). Una revisión reciente de la investigación comparó los correlatos neuronales de la inconsciencia con los de la conciencia. La evaluación mostró conectividad interrumpida en el cerebro y una mayor modularidad durante el estado inconsciente, lo que inhibió la integración eficiente de la información requerida durante la conciencia. Además, la revisión llegó al punto clave de que los correlatos neuronales de la conciencia que importan son los que ocurren en la conciencia pero no en los estados inconscientes. De particular relevancia son los correlatos relacionados con la conectividad funcional entre las redes, porque múltiples líneas de evidencia revelan que esta conectividad se degrada durante los estados inconscientes y regresa cuando la conciencia se reanuda.

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En roedores, las grabaciones multi-array en la corteza visual indican que los patrones de conectividad son los mismos durante la anestesia que en la vigilia. Quizás esto indica que los roedores no tienen la arquitectura de red necesaria para permitir la conciencia. Pueden estar despiertos pero no conscientes. Estar despierto es claramente necesario para la conciencia, pero no suficiente. Además (si no me cree, vea el clásico videojuego de baloncesto de U-tube sobre la ceguera por falta de atención). En un instante dado, solo somos conscientes de los objetivos cognitivos específicos a los que asistimos.

La variación estadística de la actividad en las redes vinculadas es una medida de la conectividad funcional. La actividad en las redes enlazadas puede fluctuar aleatoriamente o estar en fase o bloquearse en ciertos retardos de tiempo. Operacionalmente, la conectividad puede permitir a un grupo de neuronas mediar o modular la actividad en otro para operaciones pasadas, presentes o futuras. La dinámica temporal de estos procesos difiere según el estado de conciencia.

Una opinión muy popular sobre la conciencia entre los neurocientíficos en estos días es que el pensamiento de orden superior, especialmente el pensamiento consciente, está mediado por campos de voltaje extracelular que oscilan en el rango de 12 a 60 o más ondas por segundo. Se cree que los cambios en la frecuencia oscilatoria y el acoplamiento coherente de las oscilaciones entre varios grupos de neuronas reflejan la naturaleza y la intensidad del pensamiento.

Surge la cuestión de cómo estos voltajes, comúnmente llamados potenciales de campo, pueden influir en la actividad del impulso nervioso subyacente que causa la oscilación en primer lugar. Los mensajes del pensamiento se transmiten en patrones de impulsos nerviosos que fluyen en redes neuronales. Los potenciales de campo no están señalizando, al menos no directamente. Bien pueden influir indirectamente en la transmisión de mensajes por redes polarizadas electrostáticamente para que sean más o menos capaces de generar y propagar el tráfico de impulsos nerviosos.

Los neurocientíficos otorgan mucha importancia a la dinámica temporal de las frecuencias de voltaje del EEG. Por ejemplo, en un momento los neurocientíficos creían que la sincronía de 40 por segundo era crítica para la conciencia, pero estudios posteriores revelaron que esta sincronía puede mantenerse e incluso mejorarse durante la anestesia. Más tarde, los investigadores pensaron que habían encontrado un papel crucial para la sincronía gamma de frecuencia más alta, pero eso también ahora se pone en tela de juicio. Esta sincronía gamma puede estar presente o incluso mejorarse durante la inconsciencia. Sin embargo, la extensión espacial de la sincronía puede ser el correlato significativo de la conciencia. La sincronía generalizada se descompone durante la inconsciencia, mientras que la sincronía más localizada permanece intacta o incluso mejorada.

Numerosos estudios muestran un colapso de la conectividad funcional durante varios estados de inconsciencia. Por ejemplo, las IRMf revelan desconexiones cortico-corticales y talamocorticales durante el sueño, anestesia general y estados patológicos. El análisis EEG muestra averías de conectividad similares. Además, el repertorio de posibles configuraciones de conectividad a las que se puede acceder disminuye durante los estados inconscientes y se restaura a medida que se reanuda la conciencia. Obviamente, esto limita la solidez del procesamiento de la información que puede ocurrir en la inconsciencia. La atención selectiva consciente probablemente requiera un repertorio diferente de conectividad que la falta de atención.

Los neurocientíficos también están descubriendo la importancia no solo de la coherencia de áreas múltiples en una banda de frecuencia determinada, sino también de que la sincronización de fase con dos frecuencias diferentes también puede modular la comunicación de red. El acoplamiento de frecuencias cruzadas de las oscilaciones alfa y beta con oscilaciones gamma de frecuencia más alta puede amplificar, inhibir o bloquear el flujo de impulsos nerviosos a lo largo de todo el circuito.

Los avances futuros seguramente incluirán más énfasis en la supervisión de la conectividad funcional a medida que el cerebro se desplaza dentro y fuera de varios estados de conciencia e inconsciencia. Creo, sin embargo, que no haremos un progreso definitivo en la investigación de la conciencia hasta que progresemos en un área de teoría y otra de metodología táctica.

La deficiencia de la teoría reside en modelos de redes neuronales. Los modelos informáticos de redes creadas por el hombre arrojan resultados interesantes, pero probablemente no sean relevantes. Los cerebros no funcionan con los mismos principios que las computadoras. Además, las redes cerebrales tienen la plasticidad intrínseca que aún no puede ser duplicada por las computadoras.

La deficiencia del método es que no tenemos una forma no invasiva de monitorear la señalización real incluso en una fracción significativa de todas las neuronas en todas las redes. Además, incluso si tuviéramos una forma de monitorizar neuronas individuales de forma no invasiva, probablemente sería necesario monitorizar de forma selectiva las neuronas en circuitos definidos. En última instancia, podemos confirmar que algunas cosas simplemente no son cognoscibles. Sin duda, sin embargo, podemos aprender más de lo que hacemos ahora.

Referencias

Bonnefond, Mathilde et al. (2017). La comunicación entre las áreas del cerebro se basa en osciladores anidados. eNeuro. 10 de marzo. 4 (2) ENEURO.0153-16.2017. doi: https://doi.org/101523/ENEURO.0153-16.2017.

Mashour, George A. y Hudetz, Anthony G. (2018). Correlatos neuronales de la inconsciencia en redes cerebrales a gran escala. Tendencias en Neurociencias. 41 (3), 150-160.