Nuestro sentido del
olfato es uno de los más poderosos. Una bocanada de perfume puede traer
recuerdos de décadas atrás y una comida casera puede traernos de vuelta a nuestra infancia. Oler algo
asqueroso también puede ser una advertencia para que se mantenga alejado del
lugar donde proviene ese aroma. Pero, ¿cómo percibe nuestro cerebro el olor y cómo nos damos cuenta
conscientemente de que estamos oliendo algo?
La cuestión de la
propia conciencia y cómo se forman los pensamientos
conscientes ha intrigado a la humanidad durante siglos. Investigadores de IBM Research y Hull York
Medical School de Reino Unido
han estudiado cómo los olores se transforman en pensamiento consciente1.
Los circuitos en la
corteza cerebral del cerebro pueden generar actividades sincrónicas en
diferentes escalas espaciales y temporales, principalmente debido a la
conectividad sináptica entre las neuronas. Se presume que muchas de estas actividades son normales,
incluso si no sabemos exactamente por qué suceden. Los grados más extremos de
sincronía pueden ser anormales, lo que puede ser una señal de que una parte de
la corteza es propensa a desencadenar una convulsión. Pero las actividades
epilépticas pueden proporcionar pistas sobre cómo deberían funcionar
normalmente los circuitos del cerebro.
Usaron esta idea para mostrar cómo dos
componentes del sistema olfativo, la corteza piriforme (con muchas conexiones
débiles) y el núcleo endopiriforme (con menos conexiones fuertes), pueden
cooperar para generar actividades sincrónicas débiles o fuertes. Las
actividades débiles se envían a regiones cerebrales específicas y localizadas para su posterior
procesamiento, y las fuertes pueden extenderse a otras regiones del cerebro y, por lo tanto, a la
conciencia.
Los
investigadores emplearon un modelo
computacional detallado de la corteza piriforme, la parte del cerebro encargada
de procesar la información olfativa para nuestro sentido del olfato, para
descubrir que la adición de neuronas con propiedades endopiriformes podría
permitir que estímulos similares generen respuestas breves o prolongadas.
dependiendo de parámetros tales como una conductancia persistente de sodio
(Na+). Las respuestas breves generalmente se correlacionan con la falta de
percepción consciente, mientras que las respuestas prolongadas sugieren que la
persona percibe el olor de manera consciente.
Esta función es
esencialmente un "interruptor" en el cerebro que puede determinar si
el olor en cuestión requiere más atención en otras partes del cerebro o no. Es
bastante parecido a cómo un interruptor en el procesador de una computadora
puede limitar los recursos computacionales o requerir mucho más, según la tarea que se le presente.
Investigación
computacional sobre la formación de la conciencia
Además,
la investigación los
impulsó a proponer que los
mecanismos celulares de activación del núcleo endopiriforme son una forma
atenuada de los eventos celulares que ocurren durante el inicio de un ataque
epiléptico. Si es correcta, su hipótesis podría ayudar a explicar los mecanismos de ciertos anestésicos
generales y sus
efectos. Del mismo modo, es
llamativo cómo los mecanismos
celulares que parecen ser necesarios para la conciencia (actividad sincronizada
persistente que depende de la excitación sináptica recurrente) también son
centrales de la epilepsia, una condición que en muchos pacientes,
según el tipo de
convulsión, los deja inconscientes.
El trabajo se basa en más de 40 años de investigación
computacional y experimental en IBM y con colaboradores. Para esta
investigación específica
se ejecutaron los cálculos en un clúster
IBM High Performance Computing (HPC) de nodos de cómputo y GPUs, y se asociaron con el profesor Miles A. Whittington de la
Facultad de Medicina de Hull York.
El siguiente paso
crucial en su
trabajo es diseñar
pruebas experimentales. Esto requerirá mediciones "in vitro" en
pequeñas partes diseccionadas de cerebros de animales, así como mediciones de
animales vivos. Los experimentos tendrán que ser realizados por colaboradores
externos, pero el
equipo de IBM esperan que su investigación ayude a develar parte del misterio detrás de cómo se forma la
conciencia.
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