Revista Ciencias

Los neurólogos han pensado durante mucho tiempo que el cerebro está organizado de manera jerárquica. Pero ahora parece que realmente trabaja en forma democrática e interactiva.

Para un extraterrestre, un juego de “cricket” o futbol   americano resultaría completamente ininteligible sin el conocimiento de ciertas reglas básicas, sobre las cuales están organizados estos juegos. De igual manera, nosotros los humanos quedamos perplejos al analizar nuestros cerebros. Si bien, las acciones del cerebro —como el pensamiento, la conducta o la regulación de las funciones corporales— pueden ser examinadas, las reglas de su organización no están ni con mucho dispuestas de manera comprensible. Los mismos científicos tienen que inferir tales reglas a través de la observación de los efectos de sus incursiones sucesivas dentro del dominio del cerebro, o de los “ataques terroristas” en forma de daño o disfunción neurológicos. La tarea no es nada fácil. Pero la investigación reciente está desplazando la noción de un cerebro organizado en jerarquías por una nueva visión de un cerebro “interactivo”.      

El primer neurólogo que construyó una teoría comprensible acerca de cómo está organizado el sistema nervioso (SN) fue John Hughlings Jackson (o Hughlings-Jackson, como él prefería que lo llamaran), quién nació en 1835. Fuertemente influenciado por la filosofía evolutiva contemporánea y la sociología, optó por los principios jerárquicos que reflejaban las ideas de evolución de las especies y el desarrollo de la civilización. Sus observaciones clínicas le condujeron a ver el SN como una serie progresiva de unidades de menos a más organizadas, de las más simples a las más complejas de las más automáticas a las más voluntarias.       

Para cada función del cerebro —movimiento, habla, conciencia, etc.— estableció una jerarquía de tres niveles, cada uno de los cuales controlaban al inferior. Si una unidad de nivel superior estaba inactiva, las funciones del nivel inferior —normalmente controladas— quedarían libres. La evolución —proponía él— agregó progresivamente niveles superiores de control, ya fuese a través de la historia de las especies o durante la vida de un individuo. El proceso opuesto, “disolución”, se manifestaba por la pérdida de los niveles superiores durante la enfermedad.    

Estas ideas de control y liberación llevaron a Jackson a clasificar los síntomas neurológicos en “positivos” y “negativos”, una distinción que aún se hace en la siquiatría y neurología modernas. Los síntomas negativos, tales como la incapacidad de hablar después de un golpe fuerte, se supo surgían por la ausencia de las unidades que normalmente regulaban la función afectada (el habla, en este ejemplo). Los síntomas positivos, tales como las respuestas reflejas exageradas, se daban por actividad patológica de unidades en los niveles inferiores que perdieron sus influencias reguladoras.    

Jackson basó completamente sus teorías en sus observaciones de pacientes del London Hospital en Whitechapel y de algunas otros lugares. Consideraban la enfermedad neurológica como un “experimento natural” en el cerebro y nunca realizó ningún experimento en el laboratorio.   

¿Qué tanto han permanecido esas ideas hasta los trabajos de los neuro-científicos modernos? La imagen de una jerarquía de tres niveles tiene todavía su atractivo. El cerebro mismo posee tres grandes subdivisiones: cerebro posterior o tallo cerebral, que contiene los sistemas de regulación autónoma como la respiración, la circulación y temperatura corporales; el cerebro anterior, asiento de la consciencia y decisiones voluntarias; y el cerebro medio que inicia el procesamiento de la información sensorial.

Superficialmente, las vías del SN que controlan el movimiento también parecen conformarse al ideal Jacksoniano. Podemos hacer movimientos finos sólo si una secuencia de centros neuronales se activa. La médula espinal por sí sola, como Jackson lo sabía, puede dar inició sólo a movimientos reflejos. Hans Kuypers y sus colegas en el Departamento de Anatomía de la Universidad de Cambridge mostraron que las vías descendientes del tallo cerebral a la médula controlan los movimientos relativamente burdos de las extremidades y posibilitan que una persona consiga un blanco. Las vías descendientes de “cerebros superiores” de la corteza motora a la médula espinal, refinan estos movimientos y permiten a una individuo controlar separadamente sus dedos con precisión. El cerebelo, es la estructura profusamente convulsionada que se extiende alrededor del tallo cerebral, media entre los varios niveles. Pero las relaciones entre estos niveles no son jerárquicas, operan en paralelo y no en serie.         

Algunos tipos de enfermedades cerebrales acarrean la “disociación” del sistema, en el sentido que usó Jackson. El control fino se pierde primero que los movimientos gruesos de las extremidades o el control de la postura. En el Mal de Parkinson, por ejemplo, están dañados centros cerebrales que inician movimientos planeados. Este daño explica la dificultad del paciente para levantarse de una silla o para iniciar la marcha; pero el tremor y la rigidez característicos son más difíciles de explicar. Peter Mathews, del Departamento de Fisiología de la Universidad de Oxford, ha investigado con detalle la rigidez de la gente con Parkinson, identificando un posible mecanismo para ella. Sugiere que algunos cambios en el cerebro alteran la responsividad de las células en los niveles inferiores del sistema, la médula espinal. El resultado es que estas células híper reaccionan a los mensajes de los músculos, los cuales indican el grado de tensión que tienen y envían instrucciones reflejas para que los músculos se contraigan. Esta explicación se ajusta al esquema de Jackson de “liberación” de la actividad patológica en los centros inferiores, cuando los superiores están dañados.       

Mientras que las descripciones del sistema motor aún contienen elementos jerárquicos, la analogía de una estructura de comando autoritaria comienza a romperse cuando miramos el procesamiento que el SN hace de la información sensorial. Ei problema con una jerarquía es que necesita un ápice, como Jackson lo pensaba, tanto que iniciaba sus conferencias dibujando una pirámide en el pizarrón para representar la jerarquía funcional del cerebro.    

Quizás en la visión, como en ningún otro caso, tal ápice ha resultado terriblemente evasivo. No hay una región maestra en el cerebro que diga: “Ajá, así que esto es esto” en respuesta a los reportes subordinados de las regiones que analizan características de la imagen visual. Los programes computarizados que se realizaron en los años 50 y 60, se diseñaron para modelar la forma en que el cerebro reconoce patrones, e incluían algo así como un centro maestro de toma de decisiones. El cerebro se ha negado sistemáticamente a mostrar la existencia de un análogo neuronal. Aún en términos sociológicos, tal acción de toma de decisiones existe.    

Los teóricos computarizados ofrecieron, sin embargo, otros puntos de vista respecto a la organización de la información sensorial que ha resultado más provechosa. Introdujeron el concepto de procesamiento paralelo, por oposición al procesamiento en serie, tanto de los ciclos de retroalimentación positiva y negativa como de los sistemas interactivos. La aplicación de estos conceptos al sistema visual parece compensar las defectos de las nociones jerárquicas.    

Las técnicas que permiten el registro de células aisladas en las cerebros de animales y el hombre, han hecho posible mapear con detalle la forma en que el cerebro reconstruye su entorno visual.        

En las años 60 y 70 David Hubel y Torsten Weisel en la Universidad de Harvard, estudiaran las células de la corteza visual que responden progresivamente a patrones visuales más complejos: un punto de luz, una barra, una barra en movimiento, etc. Además, mostraron áreas visuales sucesivas, aparentemente especializadas en el análisis de aspectos particulares de la escena (designados como áreas V1 y V5). Las células en V1 reciben señales de la retina vía una estación de relevo que codifica la posición de los objetos en su espacio visual, y por sí mismas son sensibles a la localización de líneas simples y bordes. Las células V4 son sensibles a la longitud de onda y las V5 al movimiento. La proposición de una jerarquía Jacksoniana de lo simple a lo complejo parecía excelente para áreas visuales que pasan el mismo conjunto de datos de una a otra y determinan el análisis continuado.       

Pera las nuevas técnicas anatómicas revelan que la supuesta autocracia es al menos democrática y posiblemente anárquica, estrictamente en el sentido de no tener soberano. Nadie sugeriría que la corteza cerebral no está altamente organizada.    

Haciendo uso de las técnicas de marcaje que permiten trazar conexiones de un área a otra, Semir Zeki, del University College en Londres, ha encontrado que las relaciones de las áreas visuales no siguen una secuencia lineal. Mientras que las células en V1 envían terminales a V2, también las envían en forma paralela a V3, V4 y V5. Lejos de ser un simple analizador de líneas y bordes, V1 actúa como un centro de distribución donde diferentes aspectos del mundo visual: longitud de onda, movimiento, contraste, etc., son segregados antes de pasar a las áreas que se especializan en tales aspectos.     

¿Cómo se recombinan estos mensajes segregados para dar una imagen reconocible? Aún es un misterio.      

Las áreas visuales se comunican entre sí y con otras partes del cerebro donde se han encontrado células que responde sólo a patrones con características complejas. Vernon Mountcastle, de la John Hopkins University, ha registrado células de la corteza parietal que responden a un punto luminoso en movimiento, ya sea hacia dentro del campo visual o alejándose de él (pero no en ambos) y en cualquier dirección. La explicación más plausible para esto se refiere a que las células están menos interesadas en los movimientos de los objetos per se que en su movimiento aparente relativo al observador.    

Edmundo Rolls de la Universidad de Oxford, registrando las células de la corteza inferotemporal, encontró que algunas responde al estímulo visual sólo si tiene significado para el animal, tal como una asociación con comida, por ejemplo.      

Estas observaciones demuestran que la información visual entra a redes en las que puede asociarse a información de muchas otras fuentes. Pero no hay, hasta donde podemos decir, una vía final común que reúna todos estos análisis parciales y reconstruya un todo significante. Es muy difícil hablar de “áreas visuales” circunscritas, cuando los aspectos de la visión reciben atención de todo el cerebro. Mientras que los neurólogos de la época de Jackson pensaron encontrar facultades particulares localizadas en regiones específicas del cerebro, los neuro-científicos de hoy están encontrando esas localizaciones más distantes y difíciles de lo que imaginaban. En su lugar, ahora se habla de “sistemas distribuidos” o “conjuntos codificadores”; redes de células actúan en concierto para producir una percepción, sensación o pensamiento.    

¿Pero cómo es que la actividad de estos sistemas distribuidos construye nuestra experiencia del mundo? Con esto regresamos al viejo problema de la relación entre mente y cerebro. Para Jackson era obvio que los estados mental y nervioso tenían relación entre sí, pero no pudo explicar la naturaleza de tal relación (como tampoco pueden los neuro-científicos actuales).     

Se conformaba con proponer su “Doctrina de la Concomitancia”, un conjunto de afirmaciones cuya aparente claridad encubre una idea que es casi imposible de aceptar para el sentido común. Su doctrina afirmaba: primero, que los estados mentales son completamente diferentes de los estados neuronales; y aseveraba también que para el estado mental hay un estado neurológico correlativo sin que nadie conozca la naturaleza de la relación. Concluía que si bien los estados mentales neurológicos ocurren en paralelo, no se interfieren.   

Esta doctrina parece ser una proposición ambigua de la existencia separada de la mente y el cuerpo, aunque retiene cierta noción de interdependencia. Es raro encontrar en nuestros días un neuro-científico que esté preparado para continuar en la dirección de las nociones dualistas del filósofo francés René Descartes. Aquéllos a los que molesta en absoluto considerar el tema, tales como Pat Wall del University College de Londres, prefieren ver al organismo humano como una unidad global, siendo los eventos mentales simples manifestaciones observables de los eventos neuronales.    

Sin embargo, hay una notable excepción en la persona de Sir John Eccles, que ganara el premio Nobel en 1963 por sus estudios sobre la comunicación química entre las células nerviosas, quien en compañía del filósofo Karl Popper ha continuado tenazmente por el camino dualista y contra toda duda. Popper y Eccles hablan en términos de tres mundos de los cuales sólo dos nos conciernen aquí: el mundo 1 se refiere a las realidades físicas y el mundo 2, igualmente real, pero inmaterial, a los estados mentales.  

Mientras Jackson dudaba de que hubiese alguna influencia de los estados mentales sobre los neuronales, Eccles insiste en que tal circunstancia es posible. En su teoría, la mente auto-consciente selecciona información desde la “laison brain” de los eventos en el mundo 1 y provee la continuidad de experiencia en el mundo 2. Pero esto influye en las respuestas del cerebro mismo, según sugiere.   

Como Popper y Eccles reconocen en su libro “El Yo y su cerebro” (Springer, 1977), esta sugerencia viola las leyes fundamentales de la física. No teniendo materia la mente, no puede influir al cerebro material. Eccles, sin embargo, cree que el problema se resuelve ahora con la mecánica cuántica. Al nivel de lo muy pequeño, los cambios en la probabilidad no implican en sí mismos ninguna transferencia de material a energía. En el SN el sitio ideal para tales mecanismos es la sinapsis, la unión entre dos células, donde pequeños paquetes de transmisor químico son liberados en forma probabilística. La mayor parte del pensamiento neurobiológico corriente identifica la sinapsis como el lugar donde tiene sus bases el aprendizaje y la memoria. La mente, concluye Eccles triunfal, ejerce sus efectos incluyendo la probabilidad de que los paquetes de neurotransmisor sean liberados.   

Muchos aún están esperando quedar convencidos y, aunque el problema mente-cerebro ha mantenido ocupados a los filósofos durante siglos y probablemente continué haciéndolo, para la mayoría de los neuro-científicos apenas se trata de un punto a discusión. La mente auto-consciente es un concepto intuitivamente atractivo que condiciona la selección e integración de la experiencia sensorial.   

Al abandonar las jerarquías de Jackson en favor de los sistemas distribuidos se remueve la necesidad de un depositario último, con autoridad dentro y fuera del cerebro. El cerebro se informa sólo así mismo y además se reconstruye a la luz de su existencia. Como una jerarquía sin límites, surge un estado nuevo, igualitario y auto-definido.