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Salud mental

versão impressa ISSN 0185-3325

Salud Ment vol.29 no.3 México Mai./Jun. 2006

 

Artículos originales

La ordenación piramidal del cerebro y el enjambre de la conciencia. Segunda parte

José Luis Díaz


Resumen:

El presente trabajo plantea una teoría emergente y dinámica sobre el fundamento nervioso de la conciencia basada en dos hipótesis sucesivas que se apoyan en evidencias provenientes de las neurociencias, en aproximaciones a las ciencias de la complejidad y en varios argumentos filosóficos. La primera de las hipótesis es que la conciencia emerge junto con el nivel más elevado de la función cerebral, es decir, en el lindero intermodular del órgano completo. Para fundamentar esta idea se establecen dos requisitos necesarios, el primero es el concepto generalizado en las neurociencias del cerebro como un órgano especializado en operar información y que en ello radican las actividades mentales, incluyendo a la conciencia. El concepto se justifica por varias razones. La capacidad de cómputo del cerebro, tomando a la sinapsis como un código binario de información, sería del orden de los 100 millones de Megabits. Esta enorme cifra es aún limitada y engañosa, pues la sinapsis tiene tres estados posibles, excitación, reposo e inhibición, además de que existen señales subumbrales y una densa maquinaria molecular de información intracelular. Para ilustrar el requisito informacional de la conciencia es oportuno referir la teoría de la función cerebral expresada por Kuffler y Nichols en cinco principios rectores: (1) El cerebro usa señales eléctricas para procesar la información; (2) Las señales eléctricas son idénticas en todas las neuronas; (3) Las señales constituyen códigos de decodificación y representación; (4) El origen y destino de las fibras determina el contenido de la información; (5) El significado de las señales está en las interconexiones. Aunque al mencionar representación, contenido y significado se impli can propiedades cognoscitivas y conscientes, es necesario agregar un sexto principio en el sentido de que la información es procesada en el cerebro en los siguientes seis niveles de complejidad, en cada uno de los cuales sufre una ganancia cualitativa de integración, densidad y alcance: (1) Organísmico: La integración del sistema nervioso en el resto de los sistemas corporales; (2) Orgánico: La integración de los diversos módulos cerebrales en el encéfalo; (3) Modular El conjunto de los módulos cerebrales y sus interconexiones; (4) Intercelular Los diseños y enlaces funcionales entre neuronas; (5) Celular El conjunto de las células cerebrales; (6) Molecular Los componentes químicos del cerebro que intervienen en la transmisión de información.

De esta suerte, el segundo requisito para fundamentar la emergencia de la conciencia estriba en establecer que los niveles de organización cerebral están constituidos de una manera piramidal, pues el número de sus componentes es mayor en los niveles inferiores en tanto que la integración de la información es sucesivamente mayor en los niveles superiores. Además, la pirámide neuropsicológica insinúa tanto una cascada ascendente por la cual los órdenes nerviosos inferiores estipulan e influyen en los superiores como un enriquecimiento funcional progresivo por la con vergencia de estratos ascendentes en una síntesis que desemboca en el sentir y el percatarse propios de la conciencia. La información fluye horizontalmente en cada nivel, pero también lo hace verticalmente en ambos sentidos. Este esquema se aplica para esclarecer dos aspectos particulares de la función cerebral ligados funcionalmente a la conciencia: el proceso eléctrico y el engrama de la memoria. En cada nivel ocurre un brinco cualitativo manifestado por la emergencia de una novedad resultante de una coordinación en masa y es consecuente concebir al engrama y a la representación mental como una modificación plástica a todos sus niveles y en varios de sus aspectos, incluyendo el vértice consciente.

De acuerdo al procesamiento estratificado de información y al esquema piramidal de la función cerebral se refuerza y especifica la primera hipótesis en el sentido que la conciencia y las aptitudes neurológicas correlacionadas con ella constituyen dos aspectos que surgen de esa jerarquía funcional en el nivel orgánico del cerebro enlazado por la eficiente conexión entre sus módulos. No sería necesario que todos los módulos del cerebro se activen durante el procesamiento consciente, pero sí que se encuentren disponibles en tanto algunos de ellos se van activando sucesivamente y dando lugar a secuencias de operaciones conscientes. Para respaldar esta idea se revisa el sistema visual en el cual la escena que vemos conscientemente surge de la coordinación de unos 40 módulos del cerebro que por separado operan de forma inconsciente. Una vez que surge esta función de alta jerarquía que suponemos correlacionada con la conciencia ésta se encontraría en la aptitud de ejercer una causalidad descendente y modificar la operación de los órdenes más básicos, lo cual explicaría, entre otras cosas, la conducta voluntaria.

Para afinar la primera hipótesis en el sentido de que la conciencia surge en el nivel orgánico gracias a la conectividad intermodular, se establece la segunda con el alegato de que el correlato nervioso más específico de la conciencia puede ser una función similar a una bandada de pájaros o a un enjambre funcional que enlaza de manera cinemática, hipercompleja, coherente y sincrónica a diversos módulos cerebrales. Esta hipótesis se justifica con datos neuroanatómicos, neurofisiológicos y de las ciencias de la complejidad. El cerebro humano contiene aproximadamente 400 módulos corticales y subcorticales que funcionan como estacio nes parcialmente especializadas que potencialmente intercambian sus operaciones mediante unas 2500 fibras o haces intermodulares. La hipótesis requiere que la complejidad de la información sufra una ganancia substancial de atribuciones por la conectividad de los módulos. En este sentido se supone que en el cerebro consciente ocurre un flujo coherente de activación constituido por una dinámica intermodular que puede adquirir las propiedades globales de una bandada de pájaros o un enjambre inteligente. Esta noción se fundamenta tanto en modelos del notable comportamiento unificado de grandes conjuntos de aves o insectos realizados en las ciencias de la complejidad, como en el comportamiento cooperativo de poblaciones masivas de neuronas. En tanto función propia de un sistema complejo fuera del equilibro resultante de dinámicas locales estipuladas en los subsistemas, la auto organización de pautas funcionales de alto nivel del cerebro justifica la idea de que un acoplamiento dinámico entre módulos pueda llegar a manifestar capacidades cognitivas superiores como es la conciencia.

La dinámica intermodular del cerebro puede concebirse como un proceso emergente, auto-ordenado, desatado, sincrónico, hipercomplejo, altamente coherente y espaciotemporal apto para navegar, pulular, girar, escindirse o afluir a través del encéfalo y enlazar sus diversos subsistemas de forma veloz y efectiva. De la misma manera, su putativo reverso subjetivo, es decir el procesa miento consciente, es un desarrollo emergente, atento, voluntario, unificado, complejo, cualitativo y narrativo capaz de acceder, coordinar e integrar múltiples mecanismos de información locales. La hipótesis plantea que la transformación consciente de información se correlaciona momento a momento y término a término con el procesamiento que se despliega entre módulos cerebrales en forma de una dinámica tipo parvada o enjambre. En tanto sistema emergente, la dinámica intermodular del cerebro surgiría por la convergencia de la organización ascendente (bottom-up) de los diversos niveles de operación del encéfalo y por el influjo descendente (top-down) del contexto social y ambiental de la información en los que el individuo está inmerso.

Palabras clave: Conciencia; cerebro; emergencia; correlato nervioso de la conciencia; jerarquía funcional del cerebro; modularidad cerebral; conectividad cerebral; sistemas dinámicos; teoría del doble aspecto

Abstract:

The present paper offers a particular emergence, dual aspect, and dynamic system theory of the neural correlate of consciousness. The theory is grounded on two successive hypotheses supported with empirical evidences and concepts from the neurosciences, approximations to the sciences of complexity, and philosophical arguments. The first hypothesis is that consciousness emerges along with the highest level of brain function, i.e., at the intermodular domain of the whole organ. This hypothesis is upheld by two necessary requisites; the first is the generalized impression in neuroscience of the brain as an information-handling device, and that this property enables every mental activity, including consciousness, to take place. This concept is verified on several empirical grounds. If we take the synapse as a binary code of information, the computation capacity of the brain is in the order of 100 million Megabits. Even such enormous figure is limited and misleading because the synapse manifests not only two, but three possible informational states (excitation, rest, and inhibition), because there are subliminal potentials, and also a compact intracellular information machinery. Moreover, the informational requirement of consciousness is accurately delivered by Kuffler and Nichols' five ruling principles of brain function: (1) The brain uses electrical signals to process information; (2) Such electrical signals are identical in all neurons; (3) The signals constitute codes of codification and representation; (4) The origin and destiny of the fibers determines the content of information; (5) The meaning of the signals lies in the interactions. Even though the reference to representation, content, and meaning implies higher cognitive properties, it seems necessary to add a sixth principle for a more judicious neural implication in regard to consciousness. This principle is that information is processed in the brain in six levels of complexity, undergoing a gradual gain in density, integration, congruity, and capacity in each consecutive stratum. The six levels are the following: (1) Organismic, the integration of the nervous system with the rest of the organism systems; (2) Organic, the integration of the different modules in the whole brain; (3) Modular, the set of brain modules and their interconnections; (4) Intercellular, the designs and functional bindings among neuron cells; (5) Cellular, the set of brain cells, particularly neurons; (6) Molecular, the chemical components that mediate the transmission of information.

In this fashion, the second requisite to uphold the emergence of consciousness lies in establishing that the different levels of brain organization constitute a pyramidal arrangement. Certainly, the number of elements is greater in the lower levels, while the integration of information is progressively enhanced in the upper levels. Moreover, this neuropsychological pyramid insinuates both an ascending cascade whereby the lower orders stipulate and influence the upper ones, and a progressive and convergent functional enrichment ultimately resulting in the qualia, feeling, and awareness attributes of consciousness. Information flows horizontally in each level, but it also overflows vertically in both directions. This pyramidal scheme is applied to clarify two parti cular aspects of brain function that are closely linked to consciousness: the electrical activity and the engram of memory. Such inquiry makes clear that a qualitative jump manifested by the emergence of various and dissimilar novelties occur at each layer of brain operation based upon a mass coordination. It seems feasible to envision the engram, and conceivably every other mental representation, as a plastic pattern involving all levels and aspects of brain operation, including the pinnacle where consciousness consolidates as the subjective aspect of the uppermost brain function.

As a result of the proposed stratified and pyramidal scheme of brain functions, the first hypotheses is strengthened and specified. Thus, presumably consciousness and the neural capacities correlated to it constitute two associated aspects emerging from such particular functional hierarchy at the organic level of the brain by the efficient connection of its modules. It would not be required that all the modules of the brain become interrelated during a conscious processing, but that they would be functionally available while some of them become progressively active by intermodular articulation thereby making possible the arising and unfolding of conscious mental operation streams. In order to reinforce this notion the visual system is invoked since the scene that is consciously perceived emerges from the coordination of some 40 modules that separately appear to operate unconsciously. At the moment that such high-hierarchy and complex function presumably appears, it would achieve a conscious correlate and become altogether able to exert a descending causality and supervene the operation of the lower orders, which, among other capacities, would permit voluntary action to take place.

In order to specify the first hypothesis asserting that consciousness emerges at the organic level of the brain along with the proficient inter-modular connectivity, a second hypothesis is formulated and justified in neuroanatomical, neurophysiological, and complexity science terms. The supposition is that the specific neural correlate of consciousness may be a function similar to a bird flock or an insect swarm orderly binding the operations of different modules in a cinematic, hipercomplex, coherent, and synchronic stream. The human brain contains some 400 cortical and subcortical modules functioning as partially specialized stations that potentially interchange particularly codified information through some 2500 fibers or intermodular pathways. The hypothesis requires that information complexity undergoes a further and substantial gain of attributions through the concise and prolific connectivity of the different modules. In this regard, it is supposed that a stream of coherent activation is constituted in the conscious brain by the intermodular dynamics and that such dynamics may acquire global patterned properties in a simi lar way as bird flocks and so-called intelligent swarms achieve unanimously shifting dynamics. This particular idea is supported with complexity science models of the remarkable performances of large groups of birds and insects and with the known behavior of massive populations of neurons. In so far as this would be a complex function operating at the limits of equilibrium resulting from local dynamics of the brain subsystems, the self-organization of high level brain functions justifies the notion that a dynamic coupling among modules can and may result in complex cognitive properties and consciousness.

Intermodular brain dynamics is conceived here as an emergent, unbound, synchronic, hypercomplex, highly coherent, and tetradimensional process capable to navigate, steer, swirl, split, and flow throughout the brain and thereby connect very diverse systems in a fast and efficient manner. In the same way, its putative subjective correlate, the conscious process, can be conceived as an emergent, voluntary, unified, qualitative, and narrative process capable to access, coordinate, and integrate multiple local information mechanisms. The hypothesis poses that the conscious transformation of information is correlated, moment to moment and point to point, with the intermodular processing that evolves in the manner of a bird flock or swarm dynamics. It is finally posed that brain intermodular dynamics correlated to consciousness consolidates by the convergence of an ascending bottom-up organization of the different ranks of brain operation, and by the descending top-down influx of the social, cultural, and environmental information where the individual is immersed.

Key words: Consciousness; brain; emergence; brain correlate of consciousness; brain functional hierarchy; brain modularity; brain connectivity; dynamical systems; dual aspect theory

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