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  • Julio/Agosto 2018Nº 91
Libros

Reseña

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Corteza cerebral

Neurociencia computacional.

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CEREBRAL CORTEX
PRINCIPLES OF OPERATION
Por Edmund T. Rolls
Oxford University Press, 2017

Uno de los avances más notables en biología de los últimos sesenta años ha sido la aparición de la neurociencia como un campo académico unificado. Así, desde finales de los años cincuenta, convergieron en una disciplina común la neurofisiología, la neuroanatomía, la neuroquímica y la etología. David McKenzie Rioch, Francis O. Schmitt y Stephen E. Kuffler participaron de forma destacada en la creación del nuevo territorio. Aunque se habían registrado importantes avances en el conocimiento de la corteza antes de 1970, fue entonces cuando empezaron a darse los primeros pasos en la actividad computacional de esa estructura cerebral.

En la corteza descubrimos una de las estructuras más evolucionadas del cerebro humano. Se organiza en capas de neuronas dispuestas con fina precisión. David Marr fue un pionero que ayudó a entender que la anatomía y la conectividad propician la elaboración de teorías cuantitativas de la capacidad de computación de determinadas áreas corticales, como la corteza del cerebelo, la neocorteza y la corteza hipocampal.

La corteza prefrontal se halla implicada en procesos emocionales, motivacionales, perceptivos y cognitivos. La atención, la memoria operativa y la toma de decisiones son funciones cognitivas comunes relacionadas con esta zona cerebral. El término prefrontal fue introducido en 1884 por David Ferrier y Gerald Yeo, aunque con anterioridad se habían realizado experimentos de lesión de esa estructura en perros. La primera descripción topográfica de las regiones que hoy consideramos prefrontales se adscribe a Korbinian Brodmann [véase «Brodmann y la cartografía cerebral», por José M.a Valderas; Mente y Cerebro n.o 69, 2014]. (Durante la edad de oro de las «localizaciones cerebrales», entre 1870 y 1890, los fisiólogos experimentales se afanaron en asignar capacidades físicas y mentales a regiones específicas de la corteza cerebral.)

En el cerebro encontramos un grupo de componentes (las neuronas) que pertenecen a diferentes unidades cerebrales (las áreas corticales) y han de establecer conexiones de una manera secuencial correcta para producir circuitos neurales extensos que presten soporte a funciones cognitivas superiores. Los circuitos cerebrales se desarrollan a medida que las neuronas establecen contactos sinápticos. En la constitución de estos, la función emerge del ensamblaje. Su tarea esencial es la de generar pautas de actividad neural en respuesta a estímulos externos, de suerte que los inputs en cuestión puedan identificarse de manera específica.

Conocer los principios de operación de la corteza cerebral encierra la clave para entender la actuación genuinamente humana. Para comprender el procesamiento del cerebro, hemos de partir de los canales iónicos de las neuronas, ascender por la biofísica neuronal, seguir por la excitación nerviosa, penetrar en la computación de las poblaciones neuronales y utilizar las técnicas de neuroimagen funcional para reflejar su actividad. Desentrañar­ la actividad de un nivel nos catapulta para comprender la actividad del siguiente.

Con el objetivo de descubrir cómo opera la corteza y, por tanto, cómo funciona la percepción, la memoria, la atención, la toma de decisiones o los procesos cognitivos, es necesario combinar enfoques y herramientas muy diversas, incluida la computación neuronal. La neurofisiología, desde la perspectiva celular, se desenvuelve en el nivel en el que se intercambia la información entre elementos computadores del cerebro. Los datos procedentes de los efectos de la lesión cerebral, incluidos los abordados por la neuropsicología, nos revelan las funciones de las distintas partes del sistema. La neuroimagen es útil para indicar dónde acontecen los diferentes procesos en el cerebro y mostrar qué funciones pueden disociarse unas de otras. El conocimiento de las propiedades biofísicas y sinápticas de las neuronas es esencial para conocer de qué modo trabajan los elementos cerebrales de computación y, por tanto, cuáles deberían ser los bloques de construcción de modelos computacionales biológicos realistas. Es necesario conocer la arquitectura anatómica y funcional para mostrar qué tipos de redes neurales realizan la computación. Por último, se requiere la computación neuronal para relacionar y unir todas las pruebas empíricas y producir un conocimiento de la operación real del sistema.

El estudio de las neuronas individuales importa sobremanera por la sencilla razón de que tales células pueden considerarse las unidades de computación del sistema. Constituye el nivel en el que la información se intercambia entre elementos computacionales del cerebro y el terreno en que la información se lee para determinar qué aspecto de esta se representa y procesa en cada área cerebral.

Con el fin de averiguar si hemos entendido las funciones corticales, podemos simular el proceso en un ordenador y mostrar si el modelo ejecuta tareas de determinados sistemas del cerebro y si posee propiedades similares a las manifestadas por este. De ese modo, la computación neuronal nos ofrece una definición precisa del comportamiento cortical. Fijémonos, a modo de ejemplo, en la memoria: las operaciones de tipo mnémico que implican una funcionalidad alterada como consecuencia de una modificación sináptica se encuentran en el núcleo de muchas computaciones cerebrales.

Ahora bien, los tipos de computación realizados por los sistemas corticales del cerebro y su estilo computacional difieren mucho del estilo y tipo de computación de un ordenador digital, que ejecuta operaciones lógicas y sintácticas específicas sobre datos exactos recuperados de la memoria, para después volver a almacenarlos. Las divergencias afectan a múltiples aspectos, desde la incorporación de los datos hasta la organización jerárquica de los sistemas corticales, pasando por la velocidad de computación o la conectividad, entre otros.

La neurociencia computacional replantea, con nuevos enfoques, problemas tradicionales en filosofía, tales como la dualidad entre los estados mentales y los cerebrales (el problema mente y cerebro), el determinismo y el libre albedrío y puede ayudarnos a abordar la cuestión espinosa de la consciencia. La comprensión de los cálculos efectuados por las neuronas y las redes neuronales, y los efectos del ruido cerebral sobre estas, nos permitirá ahondar en los mecanismos que subyacen bajo el funcionamiento del cerebro. Para Rolls la mente y el cerebro constituyen niveles diferentes. Habrá siempre una brecha entre los sucesos operados en el cerebro y las experiencias subjetivas que pueden acompañarlas.

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