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kawaii-fabric-with-colourful-jigsaw-puzzle-pieces-USA-180087-2Las ciencias que estudian el cerebro, sus procesos y sus productos tienen un problema: el problema de la integración. No, este problema no refiere a que los neurocientíficos o psicólogos tengan especiales problemas para sentirse integrados en las fiestas un viernes noche. Refiere a una incógnita de grandes dimensiones cuya solución sigue buscándose: ¿Cómo hace el cerebro para servirnos una experiencia del mundo y de nosotros mismos completa y unificada? ¿Qué subyace a esta percepción completa?

Estas preguntas pueden parecer “ganas de complicarse la vida”, pero son cuestiones que han aparecido precisamente por la compleja investigación que llevamos haciendo durante décadas acerca de nuestro querido órgano. El problema de la integración nos ha asaltado precisamente porque lo que sabemos sobre cómo el cerebro procesa información apunta más a una realidad desintegrada.

Procesos fragmentados, realidad única

Podríamos decir que el cerebro es modular, es decir, que tiene partes especialmente dedicadas al procesamiento de algo concreto. Aunque el afán por “acorralar” centros de procesamiento aunado con malos entendidos ha ayudado a propagar a veces una idea equivocada del cerebro (ideas tales como “la mancha del mal” o “el hogar de la creatividad”), podemos decir que claro que existen áreas especializadas. A ellas nos hemos referido en multitud de ocasiones en antroporama: hemos hablado someramente de las funciones, por ejemplo, de la corteza prefrontal, de la corteza visual (en donde ya adelantamos un poco del problema de la integración con “Nunca vemos algo del todo“), o del núcleo accumbens.

Lo anterior no significa que estas áreas actúen de manera aislada. Es decir, cuando escuchamos música con los ojos cerrados no significa que sólo “estén encendidas” las áreas de procesamiento auditivo y el resto “estén apagadas”. Debemos entender el funcionamiento de nuestro cerebro como una máquina siempre encendida con áreas especializadas en las que asistiremos a una mayor actividad o excitación en función de lo que estemos haciendo.

Estos sistemas procesan información de manera paralela: existen áreas funcionales especializadas y dentro de esas áreas a su vez encontramos “subáreas” especializadas en cierto tipo de estímulos o cierto tipo de funciones dentro de esa función global. Por ejemplo, en nuestra corteza visual hallamos células encargadas de procesar estímulos de determinado color (disparan preferentemente ante estímulos azules, rojos, etc.) y en nuestra corteza motora hallamos células especializadas en el movimiento de las manos.

problema de la integraciónEste procesamiento en paralelo implica que procesamos la realidad de manera segmentada: las líneas que componen el perímetro de este cuadrado son procesadas por poblaciones neuronales diferentes a las que procesan su color rojo. A su vez, las líneas verticales son procesadas por poblaciones neuronales diferentes a las que procesan las horizontales. No obstante, nuestra experiencia es la de “un cuadrado rojo”, no la de “un montón de líneas juntas con una mancha roja dentro”. ¿Cómo se las arregla el cerebro para hacernos experimentar “un cuadrado rojo”?

A esto refiere el problema de la integración, pero aplicado a la realidad en su conjunto, no sólo a la realidad visual.

Teorías que abordan el problema de la integración

Tres son las principales teorías que han tratado de abordar el problema de la integración o binding problem.

La primera de ellas se conoce como teoría de la integración de características. Los seguidores de esta teoría sostienen que para percibir una realidad integrada debemos contar con un elemento invitado: la atención. Cabe destacar que esta teoría ha sido especialmente estudiada a través de la percepción visual, por lo que el lenguaje que utilizamos para expresarla suele referir a elementos visuales.

Según esta teoría, a grandes rasgos, sólo la atención nos permite percibir un conjunto de rasgos como algo integrado. Centrar nuestra atención en un objeto nos permite percibirlo como tal. La atención sería, pues, como una especie de “pegamento” para la realidad y las diferentes poblaciones neuronales dedicadas al procesamiento de diferentes características serían una especie de “libro de mapas”. Cada característica de un objeto estaría localizada en un mapa de características concreto y estos mapas podemos imaginarlos como hojas de acetato, transparentes. Cuando centramos la atención en algo, estos mapas se superponen formando el objeto percibido. Así, si vemos un cuadrado rojo es porque en esa región del “mapa” que la atención vigila hay una conjunción de esos elementos. No obstante, esta explicación parece necesitar una “orden superior”, por ejemplo “busca un cuadrado rojo”, para poder aplicarla.

La segunda teoría que trata de abordar el problema de la integración es la teoría de la sincronía temporal. Esta teoría defiende que la percepción unificada de la realidad necesita que las diferentes poblaciones neuronales dedicadas a procesar los estímulos estén disparando al mismo tiempo. La existencia de una combinación de características es indicada por un patrón de disparo neuronal particular. Así, la experiencia de un cuadrado rojo sería proporcionada por la población neuronal que codifica “rojo” disparando a la vez que la población neuronal que codifica “cuadrado”.

Esta explicación parece más sencilla, “natural” y flexible y, sobretodo, se libra de elementos “rococó” como los mapas sugeridos por la anterior teoría y de su protagonista, la atención, aunque hay evidencias tanto a favor como en contra de la necesidad de atención para percibir algo correctamente. Tampoco es necesario que exista una “orden superior” que indique qué es lo que “se quiere percibir”.

el problema de la integración

La teoría de la sincronía temporal deduce que la integración ocurre porque las poblaciones neuronales que codifican elementos de la experiencia están disparando a la vez de manera sincronizada, lo que da lugar a la aparición de ondas gamma (alta amplitud y frecuencia) en el electroencefalograma.

Para apoyar esta explicación, además, sabemos que dos neuronas disparan a la vez cuando codifican características de un mismo objeto, aunque la ventana temporal para la sincronía es ciertamente difícil de identificar. No obstante sigue existiendo una incógnita: ¿qué ocurre durante el procesamiento para que percibamos el cuadrado rojo y no un cuadrado blanco con un cuadrado rojo en su centro? ¿O para que percibamos un cuadrado rojo y no un hexaedro un poco deforme? Nuestra percepción puede variar en función a lo que “queremos experimentar”.

El típico ejemplo de lo anterior es la imagen de las caras y los jarrones. Podemos ver las caras o el jarrón (nunca ambas cosas) en función de lo que queramos ver. No obstante, en el día a día no solemos enfrentarnos a este problema: percibimos el objeto y no nos preguntamos si es “fondo” o “forma”. Parece, pues, que la atención puede juega su papel en nuestras percepciones. ¿Cómo podemos computar fisiológicamente esa atención? ¿La atención es una población neuronal disparando a la vez que el resto de elementos? ¿O acaso es la población que “guarda” el concepto “caras” o “jarrón” disparando a la vez que las neuronas que codifican las características de la imagen?

La tercera teoría que aborda el tema de la integración es la teoría de la codificación jerárquica convergente. Esta teoría asume (y hay evidencias en el procesamiento visual entre otras que sustentan esto) que el procesamiento ocurre como un análisis de las características que va desde las de bajo nivel a las de alto nivel.

problema de la integración

La integración ocurre, pues, en el último nivel de la jerarquía: las neuronas que procesan “partes de las partes de la experiencia” convergen en aquellas que procesan “partes de la experiencia” y estas convergen en aquellas que procesan “la experiencia”, etc. Esta teoría sugiere que hay una última población neuronal en la que converge todo el procesamiento de niveles inferiores.

Evidencias a favor de esta teoría las encontramos en la existencia de neuronas que disparan especialmente ante ciertos objetos o de determinados estímulos. El problema de esta teoría es que parece sugerir que para experimentar necesitamos haber experimentado: si ver un cuadrado rojo consiste en que dispare selectivamente una población neuronal que codifica “cuadrado rojo” entonces debería existir esa población neuronal a priori de cualquier experiencia, cosa altamente inviable: debería existir una población neuronal para cada elemento existente, y eso pronto significaría problemas de espacio en la memoria.

Actuales visiones de esta teoría argumentan que no es necesaria esta “pre-existencia” de poblaciones neuronales para cada elemento y que cada experiencia puede ser construida a partir de elementos básicos que se combinan.

El gran enigma

problema de la integración

Sabemos que la actividad eléctrica neuronal es condición sine qua non para la consciencia pero todavía no sabemos por qué específicamente la actividad eléctrica neuronal da lugar a la consciencia.

El problema de la integración, a pesar de que los diferentes acercamientos anteriores recaudan evidencias a favor de cada cual, sigue sin resolverse. Quizás podemos referir al problema de la integración para la neurociencia y psicología como el problema del origen del universo para la física o el problema del origen de la vida para la biología. Como todo lo anterior lo hemos comentado desde una perspectiva más bien visual (nos hemos referido principalmente a cómo podemos lograr ver algo como un objeto y no como un conjunto de sus características disgregado) el problema parece un “problema menor”. Pero lo cierto es que el problema de la integración refiere a la totalidad de nuestra experiencia y ello atañe a cuestiones tan complejas como la consciencia o el sentimiento de ser una persona, a la mente en general: ¿cómo una maraña de actividad eléctrica en un “trozo de carne” puede dar lugar a tales intangibles? ¿Cómo damos ese “gran salto” de la electricidad a la consciencia? Está claro que la consciencia necesita electricidad y un conjunto de procesos como los anteriormente descritos, pero ¿cómo se integran para formar algo tan magnífico?

Lee más en “Binding problem” y “Binding problem” y “Binding problem

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