ENTORNO TECNOLOGICO
El cerebro y la información
El conocimiento de cómo el cerebro humano procesa la información nos permitirá una más amplia comprensión sobre su funcionamiento y los orígenes del fenómeno de la conciencia, uno de los temas capitales de la investigación tecnológica.
Durante las próximas décadas, una parte importante de los físicos profesionales tendrán a su lado, en el mismo laboratorio, a biólogos y químicos. Trabajando en el desciframiento de la biofísica del cerebro, proyecto que procura satisfacer a ambas ramas de la ciencia: a los biólogos, porque tendrán acceso a técnicas más cuantitativas de análisis y manipulación de moléculas. y a los físicos por el reto que para ellos siempre ha supuesto la biología, el más apasionante dentro de lo que se denomina sistemas complejos.
De nuevo la física aparece como una ciencia con capacidad para adentrarse en otras muchas disciplinas, como por ejemplo en la biología. ¿Qué significa esto? ¿Estamos ante una transformación profunda de la disciplina clásica? Lo que ocurre es que la física lleva una ventaja considerable en su desarrollo, y por ello cuenta con un bagaje de métodos y técnicas de investigación tanto experimentales como teóricos muy poderosos. Esto se manifiesta, por ejemplo, en el éxito obtenido por esta disciplina en la explicación de una amplia variedad de fenómenos, desde aquellos referidos al mundo subatómico hasta el universo.
Se trata en realidad de la formación de nuevos campos de investigación, de nuevas disciplinas que hoy llamamos pluridisciplinarias, porque requieren de la colaboración de varias disciplinas tradicionales. El modo en que los físicos de formación "clásica" intentan acercarse a las otras ciencias es interactuando con sus investigadores. Sin embargo, el resultado de este acercamiento es sólo el inicio del proceso de fusión de los diferentes campos. Para que la nueva disciplina se desarrolle es necesaria la formación de nuevos científicos, proporcionándoles los conocimientos adecuados de los diferentes campos.
De este modo, por ejemplo, podemos hablar de un neurocientífico que conoce tanto la biología y las funciones de los diferentes elementos del cerebro como técnicas computacionales, ya sean matemáticas o numéricas, que le permiten modelizar este sistema biológico.
Desde esta perspectiva, lo que tal vez distingue actualmente la formación que se puede adquirir como físico de la que se obtiene con otras disciplinas científicas es la capacidad de comprender y resolver problemas, uniendo la comprensión del fenómeno bajo estudio con la abstracción necesaria para llegar a una modelización y explicación del mismo.
Pero, ¿no será un poco ilusorio intentar entender el funcionamiento del cerebro a partir de unos simples modelos físicos? En el caso concreto de volcar la experiencia de la física en el estudio de la neurociencia, no se trata entonces de aplicar tal o cual modelo de uso común en la física, sino de, una vez definidos los problemas a resolver para lograr una comprensión del funcionamiento del cerebro, ser capaces de diseñar los métodos y técnicas adecuados para afrontar su solución.
Un reto inmediato, por ejemplo, es llegar a comprender cómo representa el cerebro la información y cómo la procesa.
Puede decirse que este campo está en sus comienzos, en comparación con otras ciencias, tanto en el estudio experimental como en el teórico. Sin embargo, desde hace poco más de una década está experimentando un avance considerable. Cuestiones que no hace mucho tiempo parecían inabordables están siendo actualmente objeto de estudio. Un reto inmediato, por su relevancia en toda la neurociencia, es llegar a comprender cómo sucede este fenómeno extraordinario en nuestra mente. Seguramente utiliza más de una estrategia para ello, y descubrirlas se hace más difícil a medida que nos movemos desde los sitios donde se produce la recepción de los estímulos hacia el procesamiento que realiza la corteza cerebral. Pero aun lo que ocurre en las primeras etapas del procesamiento sensorial está lejos de ser comprendido, tanto al nivel de los mecanismos celulares como al más alto en el que se produce el reconocimiento del estímulo.
Consideremos, por ejemplo, la situación "sencilla" en la que un estímulo externo (una imagen, un sonido, la superficie de un objeto...) activa nuestros receptores. Se produce inmediatamente una cadena de actividad en las neuronas que procesan esa estimulación; si pudiésemos introducirnos en el cerebro y ver qué ocurre notaríamos que sólo una pequeña parte de las células se activan, que cuando lo hacen su respuesta cambia con el tiempo, y que algunas de estas neuronas a veces parecen coordinarse y responder juntas. Por supuesto que no somos conscientes de este proceso, todo lo que notamos es que casi inmediatamente reconocemos al estímulo: podemos describir la imagen, o reconocemos al sonido o la textura del objeto. ¿Cómo hacer para comprender lo que está ocurriendo? Nos gustaría ante todo poder descifrar el significado de la actividad neuronal, saber qué está haciendo el sistema y comprender por qué lo hace de ese modo. Esto por sí mismo constituye un campo de investigación enorme. También nos gustaría entender cómo se llega a la etapa final de este proceso: el reconocimiento del estímulo. Y también cómo están relacionados estos dos aspectos del problema. El reconocimiento de una imagen es muy rápido, requiere del orden de 100 milisegundos: ¿cómo hacemos para reconocer que en una imagen aparece la figura de un animal, por ejemplo, en tan breve tiempo? La respuesta a esta pregunta no se conoce, pero existen propuestas que hacen uso de nociones tomadas de la estadística: tan pronto se produce la estimulación el cerebro no sólo se preocupa de representar al estímulo internamente usando la actividad neuronal, sino también efectúa una hipótesis sobre los objetos que aparecen en la imagen. Luego es necesario comprobar si esta hipótesis es correcta, para lo que el mismo cerebro debe comparar su hipótesis con la representación interna que ha construido. Cuando la hipótesis se verifique se habrá reconocido al objeto. ¿Es esto correcto o este procesamiento es demasiado lento? Posiblemente aún se requiere mucho trabajo de investigación antes de tener una respuesta a esta cuestión.
El cerebro nos presenta una cantidad enorme de problemas aún por comprender. La memoria es uno de ellos. En varios sitios del cerebro se observa que las neuronas se mantienen activas aun cuando el estímulo ha sido retirado. Esta actividad podría representar información que el estímulo ha extraído y que está siendo mantenida para ser utilizada inmediatamente. Si giramos la cabeza posiblemente necesitemos recordar qué o quién ha quedado detrás para poder continuar con nuestra tarea; ese recuerdo se mantiene en la actividad neuronal. Esto plantea un problema: ¿cómo es posible que exista actividad representando un estímulo en ausencia de éste? Una explicación posible es que este tipo de memoria es el resultado de la cooperación entre un número grande de neuronas. Cada neurona activa se mantiene así porque hay otras que también lo están. Como resultado de la interacción entre las células ha "emergido" una propiedad de la población de neuronas que cada una de ellas por sí misma no podría tener.
Es posible que ésta sea la explicación correcta. Desde el punto de vista de la modelización del fenómeno hay varias cuestiones a resolver. Por ejemplo, ¿con qué grado de complejidad es necesario describir a las neuronas y a sus conexiones? ¿Cómo afecta cada una de sus propiedades a la actividad de la red? ¿Qué otras áreas "leen" la información que se mantiene activa y con qué propósito? Este es un campo de investigación de gran interés en la actualidad.
En el aspecto experimental de estas cuestiones, se trabaja en los mecanismos básicos de la transferencia de información, en las reglas de computación que utilizan los sistemas neuronales y en la memoria. Aunque muchos de estos experimentos se realizan en invertebrados, permiten responder algunas de las preguntas básicas para comprender el procesamiento cerebral.