¿Qué hace que el cerebro humano sea "humano"? Parte 2

La primera parte de Lo que hace que el cerebro humano sea "humano" (16 de abril de 2017) introdujo la pregunta de cómo la estructura del cerebro humano difiere de los cerebros de otros animales. Se enfatizó que los cerebros son sistemas complejos genuinos, que producen patrones dinámicos y subpatrones de actividad eléctrica y química en múltiples niveles de organización (escalas espaciales). Para comprender mejor estos patrones, la ciencia del cerebro avanza en pequeños pasos: los primeros resultados experimentales conducen a nuevas hipótesis, nuevos experimentos, nuevos resultados y el proceso se repite. De esta manera, las verdades científicas se abordan en una serie de aproximaciones sucesivas. Pero, aquí volteamos este proceso al especular que los cerebros comparten algunas características básicas con conocidos sistemas físicos y sociales complejos que pueden servir como análogos útiles. La figura adjunta indica que para que este proceso sea científicamente útil, tales especulaciones deben verificarse para ver si son consistentes con la ciencia cerebral establecida. Si tales ideas no parecen violar la ciencia conocida, podemos etiquetarlas como "amigables para el cerebro" y tomarlas más en serio.

Fuente: Paul Núñez

Las preguntas esenciales sobre el comportamiento de casi cualquier sistema complejo implican una distinción entre los estados extremos de localización (aislamiento) versus estados globales . En otras palabras, preguntamos si el sistema en cuestión se comporta principalmente como una sola entidad integrada, lo que implica interacciones sólidas en curso entre todas sus partes más pequeñas. ¿O el sistema consiste en muchos pequeños subsistemas que actúan de manera más o menos independiente? Esta idea está muy bien ilustrada por los fanáticos que interactúan en un estadio de fútbol; el comportamiento colectivo del ventilador es análogo a varios estados cerebrales. Antes de que comience el juego, la mayoría de las interacciones ocurren entre personas sentadas muy juntas; las conversaciones individuales no están relacionadas en gran medida. Podemos llamar a esta condición un estado de fanático del fútbol de localización funcional . El estado opuesto ocurre cuando se anota un touchdown y los fanáticos del equipo de casa están animando juntos; llamemos a esta condición coherencia global . Pero incluso en este estado global, los bolsillos locales de visitantes descontentos y bebedores borrachos permanecen incrustados en el sistema global.

El problema local-global está estrechamente relacionado con la salud cerebral. La ciencia del cerebro sugiere que los estados cerebrales más complejos se producen entre los extremos del comportamiento totalmente local y totalmente global, lo que sugiere una correspondencia entre la complejidad del cerebro y la conciencia sana. Los sistemas químicos (neurotransmisores) pueden actuar para mover el cerebro a diferentes lugares a lo largo de la gama local-global de comportamientos dinámicos. Diferentes productos químicos pueden alterar la fuerza de acoplamiento entre distintas áreas corticales mediante acciones selectivas a diferentes profundidades corticales. Una conciencia sana se asocia con un equilibrio adecuado entre los mecanismos locales, regionales y globales. Los estados cerebrales reales que parecen análogos a estos estados futbolísticos metafóricos van desde la esquizofrenia y el autismo (localización extrema) a estados saludables (localización moderada) hasta coma o anestesia (coherencia global extrema).

¿Cómo puede haber evolucionado la fisiología del cerebro humano para generar patrones complejos, y también permitir que los cerebros hagan una transición fácil entre sus estados localizados y globales? En particular, la preponderancia de pequeñas conexiones mundiales entre regiones distantes de la corteza cerebral humana proporciona un medio plausible para producir una amplia gama de patrones cerebrales complejos. Cada par de neuronas en la corteza cerebral de los mamíferos puede estar separado por una longitud de ruta de solo dos o tres sinapsis. Esto sugiere que un potencial de acción de una neurona se dirige a una neurona secundaria que, a su vez, se dirige a una tercera neurona, y así sucesivamente. Sin embargo, solo se requieren dos o tres pasos para que las influencias de una región se extiendan a la corteza distante. Dichas longitudes de camino córtico-corticales son análogas a la red social humana global con sus llamados seis grados de separación entre dos seres humanos, lo que significa una longitud de ruta de no más de seis contactos sociales en todo el mundo. Elija a alguien al azar, digamos un hombre de Taiwán. Probablemente conozcas a alguien, que conozca a alguien, y demás, que conozca a este hombre, con quizás solo seis pasos conocidos necesarios para completar el camino. Los humanos vivimos en una pequeña red social mundial. Varias otras propiedades a menudo se asocian con redes de mundo pequeño. Normalmente hay una abundancia excesiva de nodos-nodos en la red con un gran número de conexiones. Por analogía, las redes de trayectos de vuelo de líneas aéreas de países pequeños tienen distancias de viaje cortas (longitudes de trayecto) entre dos ciudades cualquiera, ya que muchos vuelos se enrutan a través de ciudades centrales.

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Fuente: Paul Núñez

La corteza cerebral forma una capa cerebral externa. ¿Cómo se relacionan nuestros argumentos sobre las conexiones corticales del mundo pequeño con los cerebros de diferentes mamíferos? Supongamos que contamos el número de axones que entran y salen de un parche de la parte inferior de la corteza. Algunas de estas fibras conectan la corteza con la corteza (fibras córtico-corticales); otros conectan la corteza con estructuras profundas (cerebro medio), especialmente el tálamo. En el cerebro humano, solo entre el 2 y el 5 por ciento de las fibras humanas que entran o salen de la corteza están conectadas a las estructuras del mesencéfalo. Es decir, la gran mayoría de estas fibras (axones) en humanos son cortico-corticales. Por el contrario, la densidad relativa de los axones córtico-corticales es mucho menor en los mamíferos inferiores, tal vez sólo alrededor del 50 por ciento en las ratas, por ejemplo.

Parece que la densidad relativa de las fibras córtico-corticales se hace progresivamente más grande a medida que los mamíferos se vuelven capaces de un comportamiento más complejo. Esto parece tener un sentido intuitivo: afirmo que soy más inteligente que mi perro Savannah, pero ¿en qué sentido soy más inteligente? Mi corteza olfativa es un idiota en comparación con la de Savannah. De alguna manera, nuestra humanidad parece originarse a partir de interacciones globales de múltiples columnas y neuronas corticales a diferentes escalas dentro de la jerarquía anidada del tejido cortical. La retroalimentación dinámica que une la corteza con la corteza puede ser relativamente más importante en los seres humanos que en los mamíferos inferiores.

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