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teoría del cerebro holonómico

La teoría cerebral holonómica es una rama de la neurociencia que investiga la idea de que la conciencia se forma mediante efectos cuánticos dentro o entre las células cerebrales...

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La teoría cerebral holonómica es una rama de la neurociencia que investiga la idea de que la conciencia se forma mediante efectos cuánticos dentro o entre las células cerebrales. El término holonómico se refiere a representaciones en un espacio de fase de Hilbert definido por coordenadas espectrales y espaciotemporales. [ 1 ] La teoría cerebral holonómica se contrapone a la neurociencia tradicional, que investiga el comportamiento del cerebro analizando los patrones de las neuronas y la química circundante.

Esta teoría específica de la conciencia cuántica fue desarrollada por el neurocientífico Karl Pribram, inicialmente en colaboración con el físico David Bohm, basándose en las teorías iniciales de los hologramas formuladas originalmente por Dennis Gabor . Describe la cognición humana modelando el cerebro como una red de almacenamiento holográfico . [ 2 ] [ 3 ] Pribram sugiere que estos procesos implican oscilaciones eléctricas en las finas redes dendríticas del cerebro, que son diferentes de los potenciales de acción más conocidos que involucran axones y sinapsis. [ 4 ] [ 5 ] [ 6 ] Estas oscilaciones son ondas y crean patrones de interferencia de ondas en los que la memoria se codifica de forma natural, y la función de onda puede analizarse mediante una transformada de Fourier . [ 4 ] [ 5 ] [ 6 ] [ 7 ] [ 8 ]

Gabor, Pribram y otros observaron las similitudes entre estos procesos cerebrales y el almacenamiento de información en un holograma, que también puede analizarse con una transformada de Fourier. [ 2 ] [ 9 ] En un holograma, cualquier parte del mismo con un tamaño suficiente contiene toda la información almacenada. En esta teoría, un fragmento de la memoria a largo plazo se distribuye de manera similar a lo largo de un árbol dendrítico, de modo que cada parte de la red dendrítica contiene toda la información almacenada en toda la red. [ 2 ] [ 9 ] [ 10 ] Este modelo permite comprender aspectos importantes de la conciencia humana, incluyendo la memoria asociativa rápida que permite conexiones entre diferentes fragmentos de información almacenada y la no localidad del almacenamiento de la memoria (un recuerdo específico no se almacena en una ubicación específica, es decir, en un grupo determinado de neuronas). [ 2 ] [ 11 ] [ 12 ]

Orígenes y desarrollo

En 1946, Dennis Gabor inventó matemáticamente el holograma, describiendo un sistema donde una imagen puede reconstruirse a través de la información almacenada en todo el holograma. [ 4 ] Demostró que el patrón de información de un objeto tridimensional puede codificarse en un haz de luz, que es más o menos bidimensional. Gabor también desarrolló un modelo matemático para demostrar una memoria asociativa holográfica . [ 13 ] Uno de los colegas de Gabor, Pieter Jacobus Van Heerden, también desarrolló un modelo matemático de memoria holográfica relacionado en 1963. [ 14 ] [ 15 ] [ 16 ] Este modelo contenía el aspecto clave de la no localidad, que se volvió importante años después cuando, en 1967, los experimentos de Braitenberg y Kirschfield demostraron que la localización exacta de la memoria en el cerebro era falsa. [ 10 ]

Karl Pribram había colaborado con el psicólogo Karl Lashley en los experimentos de engramas de Lashley , que utilizaban lesiones para determinar la ubicación exacta de recuerdos específicos en cerebros de primates. [ 2 ] Lashley realizó pequeñas lesiones en los cerebros y descubrió que estas tenían poco efecto en la memoria. Por otro lado, Pribram eliminó grandes áreas de la corteza, lo que provocó múltiples déficits graves en la memoria y la función cognitiva. Los recuerdos no se almacenaban en una sola neurona ni en una ubicación exacta, sino que se extendían por toda una red neuronal. Lashley sugirió que los patrones de interferencia cerebral podrían desempeñar un papel en la percepción, pero no estaba seguro de cómo se generaban dichos patrones en el cerebro ni cómo influirían en la función cerebral. [ 17 ]

Varios años después, un artículo del neurofisiólogo John Eccles describió cómo se podía generar una onda en los extremos ramificados de los axones presinápticos. Múltiples de estas ondas podían crear patrones de interferencia. Poco después, Emmett Leith logró almacenar imágenes visuales a través de los patrones de interferencia de haces láser, inspirado por el uso previo de Gabor de las transformaciones de Fourier para almacenar información dentro de un holograma. [ 18 ] Después de estudiar el trabajo de Eccles y el de Leith, [ 17 ] Pribram planteó la hipótesis de que la memoria podría tomar la forma de patrones de interferencia que se asemejan a hologramas producidos por láser. [ 19 ] En 1980, el físico David Bohm presentó sus ideas de holomovimiento e implicar y explicar el orden . [ 20 ] Pribram conoció el trabajo de Bohm en 1975 [ 21 ] y se dio cuenta de que, dado que un holograma podía almacenar información dentro de patrones de interferencia y luego recrear esa información cuando se activaba, podía servir como una fuerte metáfora de la función cerebral. [ 17 ] Pribram se vio aún más alentado en esta línea de especulación por el hecho de que los neurofisiólogos Russell y Karen DeValois [ 22 ] establecieron juntos que "la codificación de frecuencia espacial mostrada por las células de la corteza visual se describía mejor como una transformada de Fourier del patrón de entrada". [ 23 ]

Resumen teórico

Holograma y holonomía

Diagrama de una posible configuración de holograma.

Una característica principal de un holograma es que cada parte de la información almacenada se distribuye por todo el holograma. [ 3 ] Tanto el proceso de almacenamiento como el de recuperación se llevan a cabo de una manera descrita por ecuaciones de transformada de Fourier . [ 24 ] Siempre que una parte del holograma sea lo suficientemente grande como para contener el patrón de interferencia , esa parte puede recrear la totalidad de la imagen almacenada, pero la imagen puede tener cambios no deseados, llamados ruido . [ 9 ]

Una analogía a esto es la región de transmisión de una antena de radio. En cada ubicación individual más pequeña dentro de toda el área es posible acceder a todos los canales, de manera similar a como toda la información de un holograma está contenida en una parte. [ 4 ] Otra analogía de un holograma es la forma en que la luz solar ilumina los objetos en el campo visual de un observador. No importa cuán estrecho sea el haz de luz solar. El haz siempre contiene toda la información del objeto, y cuando es conjugado por la lente de una cámara o el globo ocular, produce la misma imagen tridimensional completa. La fórmula de la transformada de Fourier convierte formas espaciales en frecuencias de onda espacial y viceversa, ya que todos los objetos son esencialmente estructuras vibratorias . Diferentes tipos de lentes, que actúan de manera similar a las lentes ópticas , pueden alterar la naturaleza de la frecuencia de la información que se transfiere.

Esta no localidad del almacenamiento de información dentro del holograma es crucial, porque incluso si la mayoría de las partes están dañadas, la totalidad estará contenida incluso dentro de una sola parte restante de tamaño suficiente. Pribram y otros notaron las similitudes entre un holograma óptico y el almacenamiento de memoria en el cerebro humano. Según la teoría del cerebro holonómico, los recuerdos se almacenan dentro de ciertas regiones generales, pero se almacenan de forma no local dentro de esas regiones. [ 25 ] Esto permite que el cerebro mantenga la función y la memoria incluso cuando está dañado. [ 3 ] [ 24 ] [ 26 ] Solo cuando no existen partes lo suficientemente grandes como para contener el todo se pierde la memoria. [ 4 ] Esto también puede explicar por qué algunos niños conservan una inteligencia normal cuando se les extirpan grandes porciones de su cerebro —en algunos casos, la mitad—. También puede explicar por qué no se pierde la memoria cuando el cerebro se corta en diferentes secciones transversales. [ 5 ]

Un solo holograma puede almacenar información tridimensional de forma bidimensional. Estas propiedades podrían explicar algunas de las capacidades del cerebro, como la capacidad de reconocer objetos desde ángulos y tamaños diferentes a los de la memoria original.

Pribram propuso que los hologramas neuronales se formaban mediante los patrones de difracción de ondas eléctricas oscilantes dentro de la corteza. [ 26 ] La representación ocurre como una transformación dinámica en una red distribuida de microprocesos dendríticos. [ 27 ] Hay una diferencia entre la idea de un cerebro holonómico y uno holográfico. Pribram no sugiere que el cerebro funcione como un solo holograma. Más bien, las ondas dentro de redes neuronales más pequeñas crean hologramas localizados dentro del funcionamiento más amplio del cerebro. [ 6 ] Esta holografía de parches se llama holonomía o transformadas de Fourier con ventana.

Un modelo holográfico también puede explicar otras características de la memoria que los modelos más tradicionales no pueden. El modelo de memoria de Hopfield tiene un punto de saturación temprana de la memoria antes del cual la recuperación de la memoria se ralentiza drásticamente y se vuelve poco fiable. [ 24 ] Por otro lado, los modelos de memoria holográficos tienen capacidades de almacenamiento teóricas mucho mayores. Los modelos holográficos también pueden demostrar la memoria asociativa, almacenar conexiones complejas entre diferentes conceptos y simular el olvido mediante un « almacenamiento con pérdida ». [ 13 ]

Red sinaptodendrítica

En la teoría cerebral clásica, la suma de las entradas eléctricas a las dendritas y al soma (cuerpo celular) de una neurona la inhibe o la excita, generando un potencial de acción que se propaga a lo largo del axón hasta su sinapsis con la siguiente neurona. Sin embargo, esta teoría no explica la existencia de diferentes tipos de sinapsis, más allá de la tradicional axodendrítica (axón-dendrita). Existen evidencias de la existencia de otros tipos de sinapsis, incluyendo sinapsis seriales, sinapsis entre dendritas y soma, y ​​sin sinapsis entre diferentes dendritas. [ 5 ] Muchas ubicaciones sinápticas son funcionalmente bipolares, lo que significa que pueden enviar y recibir impulsos de cada neurona, distribuyendo la entrada y la salida a lo largo de todo el grupo de dendritas. [ 5 ]

Los procesos en este árbol dendrítico, la red de teledendrones y dendritas, ocurren debido a las oscilaciones de polarizaciones en la membrana de las dendritas de fibras finas, no debido a los impulsos nerviosos propagados asociados con potenciales de acción. [ 4 ] Pribram postula que la duración del retraso de una señal de entrada en el árbol dendrítico antes de que viaje por el axón está relacionada con la conciencia mental. [ 5 ] [ 28 ] Cuanto más corto es el retraso, más inconsciente es la acción, mientras que un retraso más largo indica un período de conciencia más prolongado. Un estudio de David Alkon mostró que después del condicionamiento pavloviano inconsciente hubo una reducción proporcionalmente mayor en el volumen del árbol dendrítico, similar a la eliminación sináptica cuando la experiencia aumenta la automaticidad de una acción. [ 5 ] Pribram y otros teorizan que, mientras que el comportamiento inconsciente está mediado por impulsos a través de circuitos nerviosos, el comportamiento consciente surge de microprocesos en el árbol dendrítico. [ 4 ]

Al mismo tiempo, la red dendrítica es extremadamente compleja, capaz de recibir entre 100 000 y 200 000 entradas en un solo árbol, debido a la gran cantidad de ramificaciones y a las numerosas espinas dendríticas que sobresalen de las ramas. [ 5 ] Además, la hiperpolarización y despolarización sináptica permanece relativamente aislada debido a la resistencia del estrecho tallo de la espina dendrítica, lo que permite que la polarización se propague sin mucha interrupción a las demás espinas. Esta propagación se ve favorecida intracelularmente por los microtúbulos y extracelularmente por las células gliales . Estas polarizaciones actúan como ondas en la red sinaptodendrítica, y la existencia de múltiples ondas simultáneamente da lugar a patrones de interferencia. [ 5 ]

Estructura profunda y superficial de la memoria

Pribram sugiere que existen dos capas de procesamiento cortical: una estructura superficial de circuitos neuronales separados y localizados y una estructura profunda de la arborización dendrítica que une la estructura superficial. La estructura profunda contiene memoria distribuida, mientras que la estructura superficial actúa como mecanismo de recuperación. [ 4 ] La unión se produce a través de la sincronización temporal de las polarizaciones oscilantes en la red sinaptodendrítica. Se pensaba que la unión solo ocurría cuando no había adelanto ni retraso de fase, pero un estudio de Saul y Humphrey encontró que las células en el núcleo geniculado lateral sí producen estos. [ 5 ] Aquí, el adelanto y el retraso de fase actúan para mejorar la discriminación sensorial, actuando como un marco para capturar características importantes. [ 5 ] Estos filtros también son similares a las lentes necesarias para el funcionamiento holográfico.

Pribram señala que las memorias holográficas muestran grandes capacidades, procesamiento paralelo y direccionamiento de contenido para un reconocimiento rápido, almacenamiento asociativo para la completitud perceptiva y para la recuperación asociativa. [ 29 ] [ 30 ] En sistemas dotados de almacenamiento de memoria, estas interacciones conducen, por lo tanto, a una autodeterminación progresivamente mayor. [ 27 ]

Estudios recientes

Si bien Pribram desarrolló originalmente la teoría del cerebro holonómico como una analogía para ciertos procesos cerebrales, varios artículos (incluidos algunos más recientes del propio Pribram) han propuesto que la similitud entre el holograma y ciertas funciones cerebrales es más que metafórica, sino estructural. [ 11 ] [ 28 ] [ 31 ] Otros aún sostienen que la relación es solo analógica. [ 32 ] Varios estudios han demostrado que la misma serie de operaciones utilizadas en los modelos de memoria holográfica se realizan en ciertos procesos relacionados con la memoria temporal y las respuestas optomotoras . Esto indica al menos la posibilidad de la existencia de estructuras neurológicas con ciertas propiedades holonómicas. [ 10 ] Otros estudios han demostrado la posibilidad de que la emisión de biofotones (señales eléctricas biológicas que se convierten en ondas electromagnéticas débiles en el rango visible) pueda ser una condición necesaria para que la actividad eléctrica en el cerebro almacene imágenes holográficas. [ 11 ] [ 31 ] Estas pueden desempeñar un papel en la comunicación celular y ciertos procesos cerebrales, incluido el sueño, pero se necesitan más estudios para fortalecer los actuales. [ 28 ] Otros estudios han demostrado la correlación entre una función cognitiva más avanzada y la homeotermia . Teniendo en cuenta los modelos cerebrales holográficos, esta regulación de la temperatura reduciría la distorsión de las ondas de señal, una condición importante para los sistemas holográficos. [ 11 ] Véase: Enfoque computacional en términos de códigos y procesamiento holográficos. [ 33 ]

Crítica y modelos alternativos

El modelo holonómico de la función cerebral de Pribram no recibió mucha atención en su momento, pero desde entonces se han desarrollado otros modelos cuánticos, como la dinámica cerebral de Jibu y Yasue y la dinámica cerebral cuántica disipativa de Vitiello. Aunque no están directamente relacionados con el modelo holonómico, siguen avanzando más allá de los enfoques basados ​​únicamente en la teoría cerebral clásica. [ 3 ] [ 11 ]

Correlografo

En 1969, los científicos D. Wilshaw, O.P. Buneman y H. Longuet-Higgins propusieron un modelo alternativo, no holográfico, que cumplía muchos de los mismos requisitos que el modelo holográfico original de Gabor. El modelo de Gabor no explicaba cómo el cerebro podía usar el análisis de Fourier en las señales entrantes ni cómo manejaría la baja relación señal-ruido en los recuerdos reconstruidos. El modelo de correlógrafo de Longuet-Higgins se basaba en la idea de que cualquier sistema podría realizar las mismas funciones que un holograma de Fourier si podía correlacionar pares de patrones. Utiliza orificios minúsculos que no producen patrones de difracción para crear una reconstrucción similar a la de la holografía de Fourier. [ 3 ] Al igual que un holograma, un correlógrafo discreto puede reconocer patrones desplazados y almacenar información de forma paralela y no local, por lo que generalmente no se destruirá por daños localizados. [ 34 ] Luego expandieron el modelo más allá del correlógrafo a una red asociativa donde los puntos se convierten en líneas paralelas dispuestas en una cuadrícula. Las líneas horizontales representan los axones de las neuronas de entrada, mientras que las líneas verticales representan las neuronas de salida. Cada intersección representa una sinapsis modificable. Aunque esto no puede reconocer patrones desplazados, tiene una mayor capacidad de almacenamiento potencial. Esto no pretendía necesariamente mostrar cómo está organizado el cerebro, sino más bien mostrar la posibilidad de mejorar el modelo original de Gabor. [ 34 ] Una propiedad de la red asociativa que la hace atractiva como modelo neuronal es que se puede obtener una buena recuperación incluso cuando algunos de los elementos de almacenamiento están dañados o cuando algunos de los componentes de la dirección son incorrectos. [ 35 ] P. Van Heerden rebatió este modelo demostrando matemáticamente que la relación señal-ruido de un holograma podría alcanzar el 50% del ideal. También utilizó un modelo con una red neuronal de holograma 2D para búsqueda rápida impuesta sobre una red 3D para gran capacidad de almacenamiento. Una cualidad clave de este modelo era su flexibilidad para cambiar la orientación y corregir las distorsiones de la información almacenada, lo cual es importante para nuestra capacidad de reconocer un objeto como la misma entidad desde diferentes ángulos y posiciones, algo de lo que carecen los modelos de correlografo y red de asociación. [ 16 ]

Véase también

Referencias

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Obras citadas

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Lecturas adicionales

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