Tendencias21

Las matemáticas ayudan a ubicar la consciencia en el cerebro

¿Cómo emerge, de un sustrato material como el del cerebro, una actividad consciente? La pregunta sigue siendo uno de los enigmas principales de la ciencia actual, y se ha afrontado en los últimos años desde distintos ángulos. Lo que de momento parecen señalar las matemáticas es que, si el cerebro funciona como una red, la consciencia podría estar en su núcleo principal (pero no solo).

Las matemáticas ayudan a ubicar la consciencia en el cerebro

Cien mil millones de neuronas o células cerebrales y cien billones de sinapsis o conexiones entre ellas. Estos son algunos de los “números” de nuestro cerebro.

¿Cómo puede surgir la consciencia de esa inmensidad? ¿Cómo emerge, de un sustrato material como el del cerebro, una actividad consciente?

¿En qué consiste, en definitiva, este sistema cerebral altamente organizado –casi como una orquesta, según estudios realizados en los últimos años- que nos permite darnos cuenta de las cosas, adaptarnos al entorno, imaginar, calcular, prever, etc.? Estas cuestiones constituyen, a día de hoy, uno de los principales enigmas de la ciencia.

Algunas explicaciones

Una muestra de la complejidad de la cuestión es la diversidad de respuestas que ha generado en los últimos años.

Hay neurocientíficos que apuestan por una explicación puramente materialista. Señalan, por ejemplo, que es en el córtex cerebral donde  se genera la conciencia del entorno y de uno mismo; que la consciencia está alojada en una zona del tronco cerebral contigua a la médula espinal o que contamos con una “voz de la consciencia” gracias a la corteza prefrontal, una región del cerebro que participa en muchos de los procesos cognitivos y de lenguaje, y que está involucrada en la organización y en los procesos de toma de decisiones.

Otros especialistas abogan por una respuesta sistémica. Afirman que la consciencia en realidad se distribuye por todo el cerebro, y no se encuentra en un lugar específico de éste. Desde esta perspectiva, la consciencia humana se ha estudiado con herramientas matemáticas que permiten analizar el funcionamiento de redes complejas, como la teoría de grafos (herramienta que se usa también para describir redes sociales o rutas de vuelo).

Así se ha constatado por ejemplo que, cuando somos conscientes de algo, el cerebro entero se vuelve más conectado (todas sus áreas se interconectan entre sí), y no solo se activan en él algunas regiones específicas.

Buscando el núcleo de red

Este es el caso de una investigación realizada en 2016 por físicos de la Universidad Bar-Ilan de Israel. En ella, se utilizaron las matemáticas para determinar cómo la estructura de la red de la corteza cerebral humana puede integrar actividad consciente y datos complejos.  

Para empezar, los científicos escanearon la zona gris de la corteza del cerebro, compuesta por los cuerpos celulares neuronales (centros metabólicos de las neuronas). Esto se hizo con tecnología de imagen por resonancia magnética (IRM).

Por otro lado, los físicos usaron la técnica de imagen por resonancia magnética con tensores de difusión (ITD) para escanear la materia blanca de la corteza, formada por paquetes de neuronas.

Finalmente, con todos estos datos, compusieron una red que era una aproximación a la estructura real de la corteza cerebral humana, y le aplicaron un tipo de análisis matemático de redes.

De esta manera, trataron de descomponer las capas estructurales de nuestra red cortical en diferentes jerarquías, para identificar un núcleo en dicha red del que pudiera emerger la consciencia.

El núcleo de red y el origen de la consciencia

Estudios previos habían demostrado que la corteza cerebral humana es una red con gran cantidad de estructuras neuronales locales y conexiones directas entre ellas, incluso si dichas estructuras se encuentran alejadas entre sí. A estos centros de conectividad se los denomina “nodos”, y gracias a ellos se transmite la información por el cerebro.

En este caso, se intentaba descubrir si, de entre todas esas áreas de conexión o nodos, había una más conectada que las demás, es decir, un núcleo de red.

El modelo topológico creado apuntó a que, efectivamente, existiría un núcleo de red que incluiría al 20% de los nodos. También señaló que el 80% de nodos restantes estarían fuertemente conectados a través de diferentes capas de conexiones.

Según este modelo, la información fluiría dentro de la red cortical de la siguiente forma: Existen nodos con baja conectividad que realizan funciones conscientes específicas, como el reconocimiento facial.

A partir de ellos, la información se transfiere a nodos más conectados, que permiten una integración adicional de datos para posibilitar funciones conscientes más complejas, como la función ejecutiva o la memoria de trabajo.  

Por último, esa información integrada “viaja” a la zona de nodos con mayores conexiones, al núcleo de red, que se extiende a través de varias regiones de la corteza del cerebro.

Este modelo señala una explicación para la ubicación y el surgimiento de la consciencia en el cerebro. Según los directores de la investigación, el profesor  Shlomo Havlin y el profesor Reuven Cohenque, dicho núcleo de red tendría la función de la consciencia misma.

Una curiosidad: El cerebro no es como Internet

Una curiosidad adicional que arroja esta investigación es que se aleja del símil cerebro-Internet que en los últimos tiempos se ha utilizado varias veces, sin duda debido a nuestra tendencia a explicarnos las cosas que no entendemos estableciendo analogías con elementos cercanos.

Ya en 2010 un estudio de la EPFL de Suiza apuntaba a que el proceso de maduración del cerebro humano sería similar al desarrollo de Internet y, en otras ocasiones, algunos han aventurado incluso (quizá inspirados por la historia de HAL 9000) que Internet podría estar cobrando consciencia, dado el parecido entre su funcionamiento y el del cerebro humano.

El estudio de Havlin y Cohenque resulta tranquilizador en este sentido pues, al comparar la topología de la red cortical con la de otras redes, como Internet, ha observado que entre ellas existen al menos una diferencia notable: En la topología de la red de Internet, casi el 25% de los nodos están aislados, lo que significa que no se conectan con capas intermedias, sino solo al núcleo.

Como contraste, en nuestra red cortical apenas hay nodos aislados, es decir que, al menos por ahora, nuestra corteza está mucho más conectada y es mucho más eficiente que la Red de redes en la transmisión e integración de información.

Referencias bibliográficas:

Nir Lahav, Baruch Ksherim, Eti Ben-Simon, Adi Maron-Katz, Reuven Cohen, Shlomo Havlin. K-shell decomposition reveals hierarchical cortical organization of the human brain. New Journal of Physics (2016). DOI: 10.1088/1367-2630/18/8/083013.
 

RedacciónT21

Hacer un comentario

RSS Lo último de Tendencias21

  • Descubren cómo evolucionaron las plantas para colonizar la Tierra hace más de 500 millones de años 18 febrero, 2022
    Investigadores de dos universidades británicas analizaron una gran cantidad de datos genéticos antiguos y actuales de especies vegetales, para descubrir cómo las primeras plantas en la Tierra desarrollaron los mecanismos utilizados para controlar el agua y “respirar” en el planeta, hace más de 500 millones de años. 
    Pablo Javier Piacente
  • Los planetas con vida podrían desarrollar una mente propia 18 febrero, 2022
    Un grupo de científicos sostiene que los planetas con vida funcionarían como "cerebros" integrados por múltiples sistemas interactuantes que, en una fase superior de desarrollo, coordinarían al planeta en la búsqueda de un bien común para todas las formas de vida.
    Pablo Javier Piacente
  • La dilatación del tiempo se produce también a escala milimétrica 18 febrero, 2022
    La dilatación del tiempo prevista por la relatividad general se ha medido por primera vez a escala milimétrica y se ajusta a las previsiones de Einstein: dos relojes atómicos, separados entre sí un milímetro, giran a distintas velocidades.
    Eduardo Martínez de la Fe
  • Crean en laboratorio extraños "muros cuánticos" con insólitos comportamientos 17 febrero, 2022
    Cuando los átomos se agrupan respetando determinadas condiciones, crean “muros cuánticos” dentro de una estructura determinada. En ese sector, parecen seguir nuevas leyes de la física que van en sentido contrario a su comportamiento convencional: al unirse, las partículas actúan juntas como un colectivo y siguen las reglas de la mecánica cuántica.
    Pablo Javier Piacente
  • Descubren un gigantesco agujero negro oculto tras un anillo de polvo cósmico 17 febrero, 2022
    Un grupo de astrónomos ha observado una nube de polvo cósmico en el centro de la galaxia Messier 77, que oculta un agujero negro supermasivo: el descubrimiento confirma las predicciones hechas hace unos 30 años y brinda a los científicos una nueva perspectiva de los núcleos galácticos activos. Estas estructuras son parte de los objetos […]
    Pablo Javier Piacente
  • Descubren la mayor radiogalaxia del universo a 3.000 millones de años luz de nosotros 17 febrero, 2022
    Los astrónomos han descubierto a solo 3.000 millones de años luz de nosotros la mayor galaxia del universo, con 16 millones de años luz de largo. Seguramente se originó por un colosal agujero negro supermasivo. Su existencia suscita muchos interrogantes.
    Redacción T21
  • Observan por primera vez el efecto búmeran cuántico 17 febrero, 2022
    Investigadores de la Universidad de California han comprobado por primera vez el efecto búmeran cuántico, que se produce en materiales desordenados condicionando su conductividad. El resultado potencia su aplicación en sistemas multidimensionales.
    Eduardo Martínez de la Fe
  • La Tierra nació con el agua que hoy tenemos 16 febrero, 2022
    Los cuerpos que al colisionar en el llamado “Gran Impacto” dieron lugar a la Tierra actual y a la Luna, ya disponían de la mayoría del agua y otros elementos volátiles que hoy pueden encontrarse en nuestro planeta. Al mismo tiempo, el aporte desde fuentes externas como meteoritos o asteroides parece ser mínimo.
    Pablo Javier Piacente
  • Ni rastro de vida inteligente en el centro de la Vía Láctea 16 febrero, 2022
    Los astrónomos escanearon el centro de la Vía Láctea en busca de signos de civilizaciones inteligentes y no encontraron nada más que silencio, según un nuevo estudio. La búsqueda estuvo dirigida a 144 sistemas de exoplanetas, pero también completó una requisa más amplia de más de 3 millones de estrellas hacia el centro galáctico y […]
    Pablo Javier Piacente
  • Usan pequeños remolinos magnéticos para generar verdaderos números aleatorios 16 febrero, 2022
    Una nueva investigación ha utilizado las propiedades magnéticas de una partícula hipotética para generar eficientemente 10 millones de números verdaderamente aleatorios por segundo, útiles en criptografía y computación probabilística.
    Brown University/T21