Cerebro y consciencia 1: PHI o la Teoría de la Información Integrada

22/09/2016 9 comentarios
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Con esta entrada se pretende comenzar una serie de varias publicaciones sobre teorías que tratan de explicar la consciencia desde un punto de vista científico. Trataremos la consciencia como un fenómeno básico y no a un nivel superior como por ejemplo la conciencia del Yo o la consciencia a nivel moral. Desde esta fenomenología básica nos ocupamos de la primera teoría con solidez matemática y que además puede cuantificar hasta qué punto un objeto o sistema dado es o no consciente. 

Aunque el concepto consciencia es difícil de definir con rigor, podríamos decir que la consciencia es la capacidad de darse cuenta, saber lo que está ocurriendo, establecer una relación con significado entre nosotros mismos y el entorno. La consciencia es darse cuenta de que estamos vivos, de que estamos viviendo y qué estamos viviendo en un momento dado. Por supuesto también es lo que estamos recordando y sintiendo del pasado, lo que estamos pensando sobre el porvenir. La consciencia lo inunda todo, es nuestra percepción del medio que nos rodea y la percepción de nosotros mismos. Sin embargo, sabemos poco de dónde viene, cómo se genera, de qué depende, o a qué leyes naturales obedece. Algunos científicos dudan que se pueda estudiar objetivamente, que estemos dotados de la capacidad de entender la procedencia de la fenomenología de la que está hecha la consciencia. Otros, se atreven a proponer teorías explicativas que describen el surgimiento de los estados conscientes a partir de ciertos estados fisiológicos del cerebro.

En este artículo les propongo un corto pero intenso viaje por la teoría que en la actualidad tiene más apoyo en la comunidad científica. Se trata de la Teoría de la Información Integrada (TII) propuesta por Giulio Tononi y sus colaboradores de la Universidad de Wisconsin (Madison).

 La TII considera la información y la integración como los dos elementos más importantes para que haya consciencia. Aquí vemos una imagen en la que la información aumenta de izquierda a derecha (de blanco y negro a color) y la integración de abajo hacia arriba (píxeles más o menos odenados). La imagen de Marte cobra mayor sentido cuando se maximizan ambas dimensiones (Imagen de A. Ibáñez).

La TII hunde sus raíces en la propuesta de Edelman y el propio Tononi elaborada en los años noventa, que se llamó Teoría del núcleo dinámico. Los autores mantenían que la consciencia emerge como un proceso de información integrada en el cerebro. Se podría resumir diciendo que el cerebro genera un patrón global de activación integrada o sincronizada en diversas áreas de la corteza cerebral y el tálamo. Este patrón de activación (núcleo) va cambiando en el tiempo a través de un mecanismo de competición por el que las áreas más activas de la corteza desplazan a las que van perdiendo su nivel de actividad. En este proceso surge un patrón global que va cambiando en el tiempo y que sería el generador de nuestro flujo de consciencia. Sería algo parecido a tener muchas figuritas de plastilina de distintas formas y colores y construir con algunas de ellas una figura más grande. Cada vez que esta figura grande estuviese terminada, las piezas más inestables se sustituirían por otras nuevas que no estaban siendo usadas, y así continuamente. La figura grande sería el núcleo, y el proceso de sustitución de las piezas sería la dinámica que hace cambiar de forma ese núcleo.

En la actualidad, Tononi ha sistematizado y refinado esta propuesta de los años noventa. Su última versión fue publicada en 2014 y está desarrollada sobre axiomas y postulados que pueden someterse a un proceso de falsación desde un punto de vista teórico y experimental. Además, cuenta con un punto fuerte muy importante; la teoría, sienta unas bases matemáticas sobre la consciencia y permite cuantificarla mediante un índice, PHI.

A continuación se expondrán los puntos más relevantes de esta teoría:

Al contrario que otras teorías, la TII no parte de la asunción de que el cerebro genera la conciencia, y por tanto, NO pretende explorar bajo qué condiciones del funcionamiento cerebral se dan los estados conscientes. Muy al contrario, parte del fenómeno psicológico en sí mismo. Esto quiere decir que primero se interesa por saber qué características psicológicas evidentes tienen los estados conscientes, y luego propone las condiciones que debe cumplir un mecanismo para dar lugar a esos fenómenos. Este mecanismo podría ser el cerebro u otro tipo de sistema, como por ejemplo una máquina. A partir de ahora usaré la palabra sistema para referirme al objeto que podría dar lugar a estados conscientes.

Según la TII la consciencia tiene que cumplir dos condiciones:

1. Generar información: Desde la TII, un sistema genera información cuando está en un estado concreto y se pueden especificar con facilidad los posibles estados previos en los que estaba y también los estados futuros en los que estará. Pongamos por ejemplo la información que podría generar la luz de un semáforo. Primero, imaginemos un semáforo que cambia aleatoriamente del rojo al verde y al amarillo. Si vamos con nuestro vehículo y encontramos el semáforo en amarillo, no sabremos si después cambiará al verde o al rojo y por tanto la información que nos da esa luz es ambigua. Sin embargo, un semáforo que siempre que está en amarillo, viene del verde y luego pasa al rojo, sí será informativo pues cuando lo encontremos en amarillo podremos anticipar que ya estuvo en verde y después pasará al rojo. Por tanto, el estado (amarillo) del sistema (semáforo) es informativo porque se conocen con precisión su estado previo (verde) y futuro (rojo). Un sistema similar que generase mucha más información tendría muchos millones de luces de colores cuya configuración nos especificaría con precisión las luces encendidas previamente y las que lo estarán después. Sería algo parecido a un gran árbol de navidad con luces de colores que se encienden según patrones que cambian en una secuencia que sabemos. Si vemos el árbol de navidad en un momento en concreto podremos saber de qué estado viene y hacia dónde va (mucha información).

2. La información tiene que estar integrada: La información del sistema en su globalidad es mayor que la suma de la información generada por sus partes. Como el patrón global de activación es resultado de la coordinación de las partes del sistema, los estados de las partes per sé no contendrán la información del sistema en su totalidad. Para entender esta idea podemos considerar por ejemplo, las letras que componen una palabra. Por separado, contienen la información ortográfica, pero la palabra en su totalidad, tiene además información léxica y semántica. La totalidad es, por tanto, más que la suma de las partes.

La TII utiliza estos dos conceptos para establecer que la conciencia es información máximamente integrada.

El cálculo matemático de la cantidad de información integrada nos da PHI, y nos indica el grado de consciencia de un sistema en un momento dado. Por ejemplo, el cerebro de una persona dormida tendrá un valor de PHI más pequeño que el cerebro de una persona despierta. O bien, el cerebro de una mosca nos dará también un valor mayor de PHI que el circuito electrónico de una cámara fotográfica, ya que esta última no tiene capacidad de integrar la información que recibe de los miles de píxeles de su sensor lumínico.

Desgraciadamente, aunque PHI está muy bien definido matemáticamente, en la práctica no se puede calcular porque para sistemas con muchos elementos (como el cerebro de una mosca por ejemplo), las computaciones necesarias para obtenerlo son realmente astronómicas. Esta situación ha llevado a algunos profesionales a proponer estimadores que se aproximen al valor de PHI. El que actualmente está directamente avalado por el propio grupo de Tononi es el Índice de complejidad perturbacional (ICP o PCI de las siglas en inglés). Ha sido desarrollado en la Universidad de Milán bajo la dirección de Marcell Massimini. Este índice se obtiene tras aplicar un pulso magnético inofensivo en el cerebro de un paciente y medir la complejidad de la respuesta en su encefalograma (EEG). Si el cerebro, en el momento del estímulo estaba procesando información integrada, la respuesta será muy diferente a cuando estaba en un modo menos integrado o más simple desde un punto de vista informacional. Así, los investigadores han desarrollado escalas por las que un valor de ICP puede indicar con un bajo nivel de error si una persona está consciente o no.