El problema de la atención
Consideremos el ejemplo de alguien que intenta ponerle atención a un conferenciante cuando la persona de atrás no se está quieta, caso en el cual la primera hará caso omiso del ruido de atrás para darle significado interno sólo a lo que desea escuchar. Propongo este ejemplo porque creo que pone de relieve los matices de los diversos contextos internos y los sutiles cambios que pueden sufrir y que de hecho sufren en muy corto tiempo. La hipótesis a exponer en el presente capítulo es proponer cómo las representaciones fragmentadas de las propiedades de estímulos individuales, observadas en las áreas sensoriales primarias del cerebro, se pueden amalgamar para formar un estado funcional único: la cognición. También es tarea de este capitulo sugerir cómo a estos patrones así reconstituidos se les dará significación internamente de acuerdo con el contexto prevalente en el momento. Más adelante trataré en mayor detalle del contenido y del contexto de tales representaciones pero, por ahora, abordaré la primera parte de la hipótesis. Estudiaremos de qué manera el cerebro asimila los fragmentos de la realidad referida sensorialmente, agrupándolos en el tiempo como una única estructura cognoscitiva.
Desde hace mucho tiempo es de dominio común en la investigación neurológica que en el ser humano los circuitos generales con los que nace, más que modificarse radicalmente durante la maduración normal, se especializan. Los circuiros neuronales necesarios para mover los dedos nos acompañan desde el nacimiento y por lo tanto no los tenemos que aprender. En cambio si se desea tocar un instrumento como el violín, particularmente con cierto valor estético, se requiere práctica. En esto consiste la exquisita especialización basada en la experiencia de las conexiones sinápticas, de las cuales hablé en el capítulo 3. Es evidente que la habilidad y especialmente la musicalidad con la cual se interpreta dependen y están limitadas por un conglomerado de capacidades que al nacer ya se hallan presentes, pero que con la práctica pueden desarrollarse o facilitarse en mayor o menor grado. Otro ejemplo es la capacidad lingüística, genéticamente determinada, cuyos circuitos neuronales nos acompañan desde el nacimiento; el aspecto "ambiental" de esta ecuación se refiere al idioma particular que será nuestra lengua materna. El abordaje y comprensión de estos a priori estructurales comenzó con la identificación del área cortical del lenguaje (Broca, 1861) y prosiguió con el trabajo anatómico de Ramón y Cajal. Con la "doctrina neuronal", Cajal demostró que las neuronas son las unidades básicas de la organización cerebral, y pasó a describir los diferentes circuitos neuronales presentes en todos los cerebros normales. Posteriormente, esta conectividad funcional se corroboró con los mapas somatotópicos punto a punto de Penfield Tales conexiones "punto a punto" varían ligeramente entre individuos, de modo semejante a las otras variabilidades anatómicas normales (estatura, distancia entre los ojos, etc.). Sin embargo, no cabe duda de que tener dos ojos, una nariz entre ellos y una boca abajo es una constante esperada en todos los humanos. Así pues el tálamo, la corteza y la conectividad específica entre ellos no es algo aprendido sino heredado.
Este a priori estructural de conectividad neuronal punto a punto, que recibe el nombre de "mapa espacial", se debe a los vínculos entre neuronas funcionalmente relacionadas. Es claro que el número de neuronas funcionalmente relacionadas en un grupo es finito y, por ende, el número de posibles conexiones entre ellas también lo es. De aquí se deduce que existe un universo finito de posibles representaciones creadas por estas neuronas, por sus interconexiones y por sus actividades individuales. Sin embargo, para efectos prácticos, y especialmente dado el lapso de la vida humana, las variaciones y permutaciones de la actividad neuronal de un cerebro con 10 billones de células son ilimitadas. Surge, pues, una importante pregunta: ¿Podría la organización jerárquica emanada de la comunicación entre neuronas unificar los diferentes retazos de realidad que llegan por los sentidos y Conformar un único conjunto perceptual interno, generando células omnisapientes? El lector sospechará que probablemente ello no es posible. Una conectividad que se basara tan sólo en las leyes de la jerarquía sería demasiado lenta y tortuosa para mantener el ritmo de los continuos cambios del mundo externo. Debemos buscar otro mecanismo.
Cotemporalidad es conciencia
Probablemente lo que buscamos es la coherencia temporal. Se dice que durante el desarrollo cerebral, "las neuronas que disparan juntas se conectan juntas" o, dicho de otro modo, "las neuronas que disparan juntas conspiran juntas" o "la cotemporalidad es la conciencia". Si se superponen los mapas de conectividades temporales con los mapas espádales, que de por sí son limitados, se genera un conjunto mucho mayor de posibles representaciones, en virtud de que las posibilidades de combinación se vuelven entonces prácticamente infinitas. En esto radica el concepto de unidad perceptual, que es en suma la conjunción espacial y temporal. La conectividad física permitió a las células nerviosas del cerebro una solución de "interrelación": la unificación sincrónica de sus respectivas actividades individuales. Puesto que pueden conformar diversos patrones interrelacionados temporalmente, las neuronas también pueden unificar la realidad combinando los aspectos individuales y fraccionados que cada neurona posee. Este fenómeno de interrelación temporal se denomina coherencia temporal. En el capítulo 2 se vio que la oscilación eléctrica en fase, o resonancia, efectuada por módulos enteros de neuronas (cuyas actividades representan aspectos fragmentados del mundo externo) conforma patrones globales de actividad. Este patrón de actividad tendrá entonces todos los componentes necesarios para desarrollar una estructura funcional interna, transitoria, que representa el momento actual de la realidad del mundo externo.
Es decir, que tal coherencia temporal es el mecanismo neurológico básico de la unidad perceptual, al poner junios los componentes sensoriales independientes, la llamada "unión cognoscitiva". La "unificación motora", que es más sencilla de comprender, se produce de manera análoga a la anterior, pues como vimos en el caso de la oliva inferior, para efectuar adecuadamente el más simple de los movimientos la motricidad requiere que la activación temporal de los músculos sea altamente precisa.
Hasta épocas recientes, el mapeo temporal del cerebro resultó más difícil de estudiar y de comprender que el mapeo espacial, porque el primero implica comprender la dinámica de la función cerebral. Básicamente, la filosofía prevalente en nuestros estudios se ha basado en la electroanatomía (cuál neurona inhibe, o cuál excita, y a quién), pero esto no basta. Pese a que, en general, hoy en día cada vez se acepta más el concepto de mapeo temporal, éste ha sido un parámetro descuidado en la neurociencia, por razones principalmente técnicas pues, para ser estadísticamente significativo, requiere registros eléctricos simultáneos en un elevado número de neuronas. Así, es necesario demostrar, con la utilización de análisis de series temporales, que los disparos son simultáneos y que las correlaciones obtenidas se relacionan causalmente con el evento sensorial o motor que supuestamente generó tal actividad.
La activación sincrónica de neuronas espacialmente dispersas es un mecanismo que probablemente aumenta la eficiencia del cerebro. Desde hace cierto tiempo se conoce tal simultaneidad de la motricidad o de la actividad cerebral derivada de la motricidad. Un buen ejemplo de ello es el choque eléctrico producido por peces como la anguila eléctrica o el elasmobranquio Torpedo marmorata (Bennett, 1971). Los "órganos eléctricos" del pez, las electroplacas (los componentes paralizadores del sistema eléctrico), deben operar sincrónicamente. Si se liberan todas al unísono, las pequeñas corrientes producidas en cada diminuta electroplaca se suman y configuran el golpe eléctrico paralizante. ¿Como se logra tal sincronía si las electroplacas se localizan a diversas distancias del núcleo de comando central? Bien, las neuronas del núcleo de comando disparan sincrónicamente y el tiempo de conducción a las electroplacas es uniforme, ya que las velocidades de conducción de las diferentes neuronas motoras varían directamente con la distancia a la cual se encuentra la electroplaca que debe ser activada. Es decir, como las longitudes de los axones de las neuronas motoras son diferentes, los más largos conducen su señal más rápido y los más cortos más lentamente, de modo que las señales llegan al mismo tiempo, independientemente de la distancia a la cual se hallen de sus blancos. Vemos, pues, que la naturaleza aborda el problema de la simultaneidad con gran precisión, ajustando las velocidades de conducción para garantizar que su efecto sea sincrónico, sin lo cual, en lugar de producir "parálisis", el pez produciría "cosquillas". Igual activación isocrónica se observa ante grandes disparidades espaciales, como se vio en el sistema olivo-cerebelar de los mamíferos descrito en el capítulo 2. Numerosas células de Purkinje de la corteza cerebelar, muy distantes unas de otras, se activan sincrónicamente por influencia directa de la oliva inferior (Sugihara et al, 1993; De Zeeuw et al, 1996), y esto se logra nuevamente debido a que las velocidades de conducción varían según la longitud de los axones que llevan la señal.
¿Se tiene alguna evidencia de que durante la entrada sensorial la activación neuronal sea sincrónica? Se trata de una importante pregunta, pues se esperaría que si la unidad perceptual de los objetos y eventos del entorno ocurre por la conjunción del mapeo cerebral espacial y temporal, entonces las neuronas relacionadas con la. entrada y el procesamiento sensorial deberían activarse sincrónicamente — que es precisamente lo que se observa. Es lo que se encuentra en la vía visual cuando se activa la totalidad de las células ganglionares de la retina: la salva de actividad neural que liega por el nervio óptico es sincrónica al llegar al tálamo (Stanford, 1987).
Los estímulos luminosos, tanto estacionarios como de movimiento, también evocan respuestas oscilatorias en las células ganglionares de la retina, cuyas mitades nasal y temporal están sincronizadas y evocan respuestas sincrónicas al nivel del tálamo (Neuenschwander y Singer, 1996). Por ende, las actividades de las porciones central y periférica de la retina tienen tiempos de conducción semejantes, a pesar de que los axones sensoriales entre las células de ganglios periféricos y el tálamo pueden ser el doble de largos que los de las células de ganglios próximos al nervio óptico. Se trata de un caso más de modificación de la velocidad de conducción para lograr la sincronía.
En el ámbito del sistema nervioso central, en la corteza cerebral de los mamíferos, Wolf y Singer y su colega Charlie Gray observaron que, ante barras luminosas de dimensiones, orientaciones y velocidades óptimas, ciertas columnas de células de la corteza visual producen una actividad sincrónica generalizada. (Eckhorn et al., 1988; Gray y Singer, 1989; Gray et al., 1989). Además, los componentes visuales generados por un objeto cognoscitivo singular (tales como una raya en el campo visual) producen "oscilaciones gamma" temporalmente coherentes (próximas a los 40 Hz) (Gray y Singer, 1989; Gray et al., 1989). Estas oscilaciones se evocan en la corteza a distancias de unos 7 mm (lo que, para efectos de “propiedad raíz neural", es básicamente como si estuvieran en un país diferente). Así mismo, se observa una gran correlación con la actividad oscilatoria a 40 Hz, entre columnas corticales relacionadas (al mismo tiempo y en la misma dirección), lo cual el cerebro interpreta como el movimiento de un objeto. Tales mecanismos oscilatorios de resonancia ya se mencionaron en el capítulo 2 al examinar la señal de control motor generada por el núcleo de la oliva inferior. Respecto a, la corteza visual, en ella se observan conjuntos dispersos de neuronas cuyas actividades se unifican temporalmente, con un claro ritmo que oscila a 40 Hz (Llinás et al., 1991: Núñez et el., 1992; Lutzenberger et al, 1995; Sokolov et al., 1999).
Los mecanismos fisiológicos mediante los cuales el cerebro permite que la organización (neural) de la percepción sea simultánea son tan fascinantes como complejos. Antes de abordar los aspectos básicos neuronales de tal organización, introduciré al lector al proceso explícito y global que considero como el candidato ideal para implementar esta unificación cognoscitiva tan esencial. Se trata de un mecanismo que es producto tanto de la interiorización evolutiva de la motricidad como de la combinación de las propiedades eléctricas intrínsecas de oscilación de las neuronas.
40 Hz globales: la señal que unifica
Los estudios indican que durante tareas cognoscitivas se genera una actividad neuronal coherente de 40 Hz, suficientemente intensa como para detectarse en la superficie dérmica del cráneo. Además, hay quienes proponen que esta actividad de 40 Hz refleja las propiedades resonantes del sistema tálamo-cortical, dotado a su vez de un ritmo de 40 Hz (Llinás, 1990; Llinás et al., ,1991; Pedroarenas y Llinás, 1998; Steriade et al, 1991) Whittington et al., 1995; Steriade y Amzica, 1996; Steriade et al., 1996;
Molotchnikoff y Shumikhina, 1996) (figura 6.2). Mas aún, se ha candidatizado a la actividad coherente a 40 Hz como la responsable de que los componentes
DISPAROS COINCIDENTES
Diagrama simplificado que ilustra cómo se genera lo unificación temporal mediante la conjunción de vías tálamo-corticales que utilizan la actividad coincidente de 40 Hz y que. aunque espacialmente separados, convergen sobre el tálamo. Lo célula de la izquierda represento núcleos específicos sensoriales o motores que proyectan a la corteza cerebral (capa IV) mientras que la célula de la derecha representa núcleos introlaminares inespecíficos que proyectan a la capa más superficial de la corteza (capa 1). Ver texto para detalles. (Adaptado de Llinás et al., 1998, figura 6. p.1847.) vectoriales sensoriales y motores, que representan los detalles del mundo percibido, generen una unidad perceptual. ¿Qué significa lo anterior? Estamos ante un sistema que enfrenta al mundo externo, no como una maquina adormilada que se despierta sólo mediante estímulos sensoriales, sino, por el contrario, como un cerebro en continua actividad, dispuesto a interiorizar y a incorporar a en su más profunda actividad imágenes del mundo externo, aunque siempre en el contexto de su propia existencia y de su propia actividad eléctrica intrínseca.
Si consideramos que las ondas coherentes a 40 Hz se relacionan con la ciencia, podemos concluir que está en un evento discontinuo, determinado por la simultaneidad de la actividad en el sistema tálamo – cortical (Llinás y Pare, 1991). La oscilación a 40 Hz genera un alto grado de organización espacial, por lo tanto, puede ser el mecanismo de producción de la unión temporal, de actividad rítmica sobre un gran conjunto de neuronas. El mapeo temporal global engendra la cognición. La unión de la información sensorial en un único estado cognoscitivo es implementado a través de la coherencia temporal de los impulsos de entrada, desde los núcleos talàmicos –específicos e inespecíficos- hasta la corteza. Esta detección de coincidencias conforma la base de la unificación temporal.
No hay comentarios:
Publicar un comentario