Nuestro cerebro es una red muy compleja, con aproximadamente 100 mil millones de neuronas y 100 billones de sinapsis entre las neuronas. Para hacer frente a su enorme complejidad y comprender cómo funciona el cerebro y finalmente forma nuestra mente consciente, la ciencia utiliza herramientas matemáticas avanzadasEn última instancia, los científicos buscan comprender cómo un fenómeno global como la conciencia puede emerger de nuestra red neuronal.
Un equipo de físicos de la Universidad de Bar-Ilan en Israel, dirigido por el profesor Shlomo Havlin y el profesor Reuven Cohen, utilizó la teoría de redes para hacer frente a esta complejidad y determinar cómo la estructura de la red cortical humana puede soportar la integración de datos complejosy actividad consciente. El área gris de la corteza humana, los cuerpos celulares de las neuronas, se escanearon con imágenes de resonancia magnética y se usaron para formar 1,000 nodos en la red cortical. La materia blanca de la corteza humana, los haces de neuronas, se escanearon con imágenes DTI, formando 15,000 enlaces o bordes que conectaban los nodos de la red. Al final de este proceso, su red era una aproximación de la estructura de la corteza humana. La investigación fue publicada recientemente en Nueva revista de física .
Estudios anteriores han demostrado que la corteza humana es una red con pequeñas propiedades mundiales, lo que significa que tiene muchas estructuras locales y algunos atajos de estructuras globales que conectan áreas lejanas similar a la diferencia entre los autobuses locales y los trenes de fondoLa corteza también tiene muchos centros, que son nodos que tienen una gran cantidad de enlaces como estaciones centrales, que también están fuertemente interconectados entre sí, lo que hace que sea fácil viajar entre las autopistas de información del cerebro.
Según Nir Lahav, el autor principal del estudio, "para examinar cómo la estructura de la red puede soportar fenómenos emergentes globales, como la conciencia, aplicamos un análisis de red llamado descomposición de k-shell. Este análisis tiene en cuentaEl perfil de conectividad de cada nodo que hace que sea fácil descubrir diferentes vecindarios de conexiones en la red cortical, lo llamamos shells ". El vecindario más conectado en la red se denomina núcleo de la red. Lahav explica:" En el proceso, despegamos diferentes shellsde la red para obtener el área más conectada de la red, el núcleo. Hasta hoy los científicos solo estaban interesados en el núcleo de la red, pero descubrimos que estos diferentes depósitos pueden contener información importante sobre cómo el cerebro integra la información de los niveles locales de cada uno.nodo a toda la red global. Por primera vez podemos construir un modelo topológico integral de nuestra corteza ".
Este modelo topológico revela que el núcleo de la red incluye el 20% de todos los nodos y que el 80% restante está fuertemente conectado a través de todos los diferentes shells. Curiosamente, cuando comparamos esta topología con la de otras redes, como Internet, nosotrospuede ver algunas diferencias notables. Por ejemplo, en la topología de la red de Internet, casi el 25% de los nodos están aislados, lo que significa que no se conectan a ningún otro caparazón que no sea el núcleo. Sin embargo, en la red cortical casi no hay nodos aislados.Parece que la corteza es mucho más conectada y eficiente que Internet.
Al observar todas las diferentes capas de la red cortical, los autores pudieron definir la estructura jerárquica de la red y esencialmente modelar cómo fluye la información dentro de la red. La estructura reveló cómo las capas de baja conectividad son nodos que generalmente realizan funciones específicas como la carareconocimiento. Desde allí, los datos se transfieren a shells más altos y más conectados que permiten una integración de datos adicional, y allí podemos ver regiones de la red ejecutiva y la memoria de trabajo. Con estas áreas podemos centrarnos en el rendimiento de la tarea, por ejemplo imagen 2, eljerarquía de la corteza humana.
La información integrada "viaja" al vecindario de nodos más conectado, el núcleo, que se extiende a través de varias regiones de la corteza. Según Lahav, "es un colectivo interconectado que está densamente vinculado consigo mismo y puede realizar funciones globales debidoa su gran cantidad de estructuras globales que se extienden por todo el cerebro ".
¿Qué función global podría servir el núcleo? Los autores sugieren que la respuesta es nada menos que la conciencia misma.
"La conexión entre la actividad cerebral y la conciencia sigue siendo un gran misterio", dice Lahav. La hipótesis principal hoy en día es que para crear actividad consciente, el cerebro debe integrar información relevante de diferentes áreas de la red. Según esta teoría, dirigido por el profesor Giulio Tononi, de la Universidad de Wisconsin, si el nivel de información integrada cruza un cierto límite, se ingresa un estado nuevo y emergente, la conciencia. Este modelo sugiere que la conciencia depende tanto de la integración de la información como de la segregación de la información., la conciencia es generada por una estructura de red "central" con alta capacidad de integración de información, con la contribución de subredes que contienen información específica y segregada, sin ser parte de la estructura central. En otras palabras, ciertas partes del cerebro estánmás involucrados que otros en lo que podemos llamar el complejo consciente del cerebro, sin embargo, otras partes conectadas aún contribuyen, trabajando en silencio fuera del complejo consciente.
Los autores demuestran cómo el núcleo y las diferentes capas satisfacen todos los requisitos de estas recientes teorías de la conciencia. Las diferentes capas calculan y contribuyen a la integración de datos sin ser parte del complejo consciente, mientras que el núcleo recibe información relevante de todas las demásjerarquiza e integra a una función unificada utilizando su estructura global interconectada. El núcleo podría ser este complejo consciente, sirviendo como una plataforma para que la conciencia emerja de la actividad de la red.
Cuando los autores examinaron las diferentes regiones que componen el núcleo, revelaron que, de hecho, estas regiones se han asociado previamente con actividades conscientes. Por ejemplo, se encontraron estructuras dentro de la línea media del cerebro, que forman la mayoría del núcleo de la red.estar asociado con la corriente de conciencia y algunas investigaciones, como la del profesor Georg Northoff, de la Universidad de Ottawa, han sugerido que estas regiones están involucradas con la creación de nuestro sentido de identidad.
"Ahora necesitamos usar este análisis en todo el cerebro y no solo en la corteza para revelar un modelo más exacto de la jerarquía del cerebro, y luego tratar de comprender cuáles son exactamente las dinámicas neuronales que conducen a talintegración global y, en última instancia, conciencia ", dice Lahav.
"Las preguntas profundas necesitan una respuesta profunda que generalmente solo se puede encontrar en física. La física intenta descubrir las leyes básicas de la naturaleza mediante la construcción de ecuaciones matemáticas generales que puedan describir tantos fenómenos naturales como sea posible. Estas ecuaciones matemáticas revelan aspectos fundamentales de la realidadSi realmente queremos entender qué es la conciencia y cómo funciona el cerebro, tenemos que desarrollar las ecuaciones matemáticas de nuestro cerebro y nuestra mente consciente. Todavía no estamos allí, de hecho, estamos bastante lejos de este objetivo, pero yosentimos que este debería ser nuestro 'santo grial' y ya hemos comenzado el proceso para llegar allí ", agrega.
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Materiales proporcionado por Universidad de Bar-Ilan . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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