Imagen: johnhain. Fuente: Pixabay.
Cada vez es mayor el consenso sobre la concepción del cerebro como una gran red de áreas cerebrales coordinadas. Por eso, en los últimos años ha empezado a estudiarse a través de la mecánica estadística; rama de la física que teoriza, a partir de probabilidades, sobre el comportamiento de los elementos de las redes complejas y de sus interacciones.
El uso de la teoría de grafos para el estudio del cerebro es un ejemplo de esto. En matemáticas y ciencias de la computación, un grafo es un conjunto de objetos que conforman un nodo dentro de una red mayor de nodos. Así que, con la teoría de grafos, se pueden analizar los nodos (en el cerebro, formados por conjuntos de neuronas) y sus interrelaciones en la compleja red de nodos o conjuntos neuronales del cerebro.
Este tipo de análisis ha revelado ya datos interesantes sobre el comportamiento del cerebro consciente. Por ejemplo, un estudio de 2015 realizado por investigadores de la Universidad de Vanderbilt, en EEUU, con 24 miembros de su comunidad universitaria y con una técnica de registro de imágenes de la actividad cerebral (fMRI), constató que darse cuenta de algo (en el estudio, de la aparición de un disco que se mostraba a los participantes en una pantalla) hace que el cerebro entero se vuelva más conectado.
Así, aunque es cierto que nuestro cerebro está formado por “módulos” de redes neuronales que se dedican a tareas específicas, la consciencia parece romper esa modularidad. Como explicaron entonces los científicos: “Sabemos que hay numerosas redes cerebrales que controlan funciones cognitivas diversas”, sin embargo, “(…) la conciencia parece romper esta modularidad de las redes, ya que hemos observado un incremento amplio en la conectividad funcional de todas ellas durante la consciencia”.
El uso de la teoría de grafos para el estudio del cerebro es un ejemplo de esto. En matemáticas y ciencias de la computación, un grafo es un conjunto de objetos que conforman un nodo dentro de una red mayor de nodos. Así que, con la teoría de grafos, se pueden analizar los nodos (en el cerebro, formados por conjuntos de neuronas) y sus interrelaciones en la compleja red de nodos o conjuntos neuronales del cerebro.
Este tipo de análisis ha revelado ya datos interesantes sobre el comportamiento del cerebro consciente. Por ejemplo, un estudio de 2015 realizado por investigadores de la Universidad de Vanderbilt, en EEUU, con 24 miembros de su comunidad universitaria y con una técnica de registro de imágenes de la actividad cerebral (fMRI), constató que darse cuenta de algo (en el estudio, de la aparición de un disco que se mostraba a los participantes en una pantalla) hace que el cerebro entero se vuelva más conectado.
Así, aunque es cierto que nuestro cerebro está formado por “módulos” de redes neuronales que se dedican a tareas específicas, la consciencia parece romper esa modularidad. Como explicaron entonces los científicos: “Sabemos que hay numerosas redes cerebrales que controlan funciones cognitivas diversas”, sin embargo, “(…) la conciencia parece romper esta modularidad de las redes, ya que hemos observado un incremento amplio en la conectividad funcional de todas ellas durante la consciencia”.
Entropía cerebral
En 2017, otro equipo de científicos de Canadá y Francia utilizó también la mecánica estadística, en este caso para estudiar la sincronización entre redes de neuronas, es decir, cómo la actividad eléctrica de un conjunto de neuronas puede oscilar en fase con otros conjuntos de neuronas. En este estudio solo fueron analizadas nueve personas (algunas epilépticas, otras sanas).
Los resultados apuntaron a que lo que se maximiza durante la consciencia no es la conectividad cerebral en sí, sino la cantidad de formas diferentes en que se puede lograr un cierto grado de conectividad. Asimismo, se halló que los estados normales de vigilia están asociados con unos valores máximos de lo que los científicos han denominado la "entropía del cerebro”.
En general, la entropía es un concepto usado en termodinámica para medir el grado de organización de un sistema o, a la inversa, su grado de distribución aleatoria. El hecho de que la entropía del cerebro sea mayor cuando somos conscientes, implicaría que la consciencia surge cuando entre las redes cerebrales se activa la mayor cantidad posible de configuraciones (microestados) de interacciones. De esta manera, el cerebro maximizaría el procesamiento de la información y sería capaz de modelar mejor nuestra percepción del mundo.
Todo el cerebro para generar una consciencia
Si la consciencia depende de estas condiciones, señalaron entonces los científicos franceses y canadienses, podría ser considerada una “propiedad emergente” del cerebro (es decir, surgiría como resultado de la interacción de sus componentes y no podría reconocerse en ninguno de esos componentes por separado).
En este punto, los investigadores coinciden con las apreciaciones de los científicos de la Vanderbilt, que en 2015 describieron la consciencia como un producto de la comunicación generalizada entre las diversas regiones cerebrales. Es decir: Solo podremos ser conscientes de algo una vez que ese algo sea representado en el cerebro de manera global.
Una investigación realizada en 2010 por investigadores de la compañía IBM ya había apuntado en esta misma dirección, en este caso gracias al análisis de la actividad cerebral de macacos.
En 2017, otro equipo de científicos de Canadá y Francia utilizó también la mecánica estadística, en este caso para estudiar la sincronización entre redes de neuronas, es decir, cómo la actividad eléctrica de un conjunto de neuronas puede oscilar en fase con otros conjuntos de neuronas. En este estudio solo fueron analizadas nueve personas (algunas epilépticas, otras sanas).
Los resultados apuntaron a que lo que se maximiza durante la consciencia no es la conectividad cerebral en sí, sino la cantidad de formas diferentes en que se puede lograr un cierto grado de conectividad. Asimismo, se halló que los estados normales de vigilia están asociados con unos valores máximos de lo que los científicos han denominado la "entropía del cerebro”.
En general, la entropía es un concepto usado en termodinámica para medir el grado de organización de un sistema o, a la inversa, su grado de distribución aleatoria. El hecho de que la entropía del cerebro sea mayor cuando somos conscientes, implicaría que la consciencia surge cuando entre las redes cerebrales se activa la mayor cantidad posible de configuraciones (microestados) de interacciones. De esta manera, el cerebro maximizaría el procesamiento de la información y sería capaz de modelar mejor nuestra percepción del mundo.
Todo el cerebro para generar una consciencia
Si la consciencia depende de estas condiciones, señalaron entonces los científicos franceses y canadienses, podría ser considerada una “propiedad emergente” del cerebro (es decir, surgiría como resultado de la interacción de sus componentes y no podría reconocerse en ninguno de esos componentes por separado).
En este punto, los investigadores coinciden con las apreciaciones de los científicos de la Vanderbilt, que en 2015 describieron la consciencia como un producto de la comunicación generalizada entre las diversas regiones cerebrales. Es decir: Solo podremos ser conscientes de algo una vez que ese algo sea representado en el cerebro de manera global.
Una investigación realizada en 2010 por investigadores de la compañía IBM ya había apuntado en esta misma dirección, en este caso gracias al análisis de la actividad cerebral de macacos.
Referencias bibliográficas:
D. M. Mateos, R. Wennberg, R. Guevara, J. L. Perez Velazquez. Consciousness as a global property of brain dynamic activity. Phys. Rev (2017). DOI: 10.1103/PhysRevE.96.062410.
R. Guevara Erra, D. M. Mateos, R. Wennberg, J. L. Perez Velazquez. Statistical mechanics of consciousness: Maximization of information content of network is associated with conscious awareness. Phys. Rev (2016). DOI: 10.1103/PhysRevE.94.052402.
D. M. Mateos, R. Wennberg, R. Guevara, J. L. Perez Velazquez. Consciousness as a global property of brain dynamic activity. Phys. Rev (2017). DOI: 10.1103/PhysRevE.96.062410.
R. Guevara Erra, D. M. Mateos, R. Wennberg, J. L. Perez Velazquez. Statistical mechanics of consciousness: Maximization of information content of network is associated with conscious awareness. Phys. Rev (2016). DOI: 10.1103/PhysRevE.94.052402.