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Revista chilena de neuro-psiquiatría

On-line version ISSN 0717-9227

Rev. chil. neuro-psiquiatr. vol.39 no.4 Santiago Oct. 2001

http://dx.doi.org/10.4067/S0717-92272001000400003 

Rev Chil Neuro-Psiquiat 2001; 39(4): 281-285

ARTÍCULO ESPECIAL

Sincronía, conciencia y el "problema duro" de la neurociencia*

Synchrony, Consciousness and the "Hard Problem" of Neuroscience

 

Francisco Aboitiz

Instituto de Ciencias Biomédicas (ICBM), Facultad de Medicina, Universidad de Chile.

Dirección para Correspondencia


Francisco Varela's lifetime work was oriented to find a connection between conscious phenomena and the neuronal mechanisms associated to them. A current approach to this problem consists of the analysis of synchronic activity among groups of distributed neurons in the brain. Varela made an outstanding contribution to neuroscience by establishing a relation between conscious perception in humans and the generation of widespread networks of synchronic neural activity in the cerebral cortex. However, in my opinion the more elusive problem of how subjective sensory sensations originate in our brains remains without a clear answer.

Key words: perception, cerebral cortex, top-down mechanisms, vision


Francisco Varela dedicó su vida al trabajo de encontrar una conexión entre los fenómenos conscientes y los mecanismos neurales asociados a ellos. Una aproximación actual a este problema consiste en el análisis de la actividad sincrónica entre grupos de neuronas distribuidas en el cerebro. Varela hizo una contribución sobresaliente a las neurociencias al establecer una relación entre percepción consciente en los seres humanos y la generación de amplias redes de actividad neuronal sincrónica en la corteza cerebral. Sin embargo, en mi opinión, el problema más complejo de cómo se originan las sensaciones sensoriales subjetivas en nuestros cerebros, permanece sin una respuesta clara.


 

Introducción

Cuando Francisco Varela conoció a Humberto Maturana, le señaló que su interés era "el psiquismo del universo", a lo que Maturana respondió "muy bien, has llegado al lugar correcto. Comenzemos por el ojo de la paloma". La fenomenología psíquica fue una de las grandes pasiones de Varela, y dedicó gran parte de su vida al estudio, tanto científico como vivencial, de este problema. Al final de su vida, se dedicó a impulsar un novedoso paradigma de investigación ­llamado por él "neurofenomenología"­ en el cual intentaba conciliar ambos enfoques, el de la investigación neurobiológica y el de su experiencia relacionada a la práctica budista.

Sincronía neuronal y estados conscientes

En este artículo, discutiré algunos aspectos del problema de la conciencia desde una perspectiva neurobiológica, basándome en buena medida en la línea de investigación liderada entre otros por Wolf Singer (1, 2), Antonio Damasio (3), Rodolfo Llinás (4) y mas tarde Francisco Varela (5), en que se pone especial énfasis en el rol de grupos neuronales interconectados entre sí, los cuales se caracterizan por poseer una actividad neuronal oscilatoria y sincronizada. Se ha propuesto que dichos grupos neuronales estarían en la base de muchos procesos perceptuales y cognitivos fundamentales, actuando a niveles muy elementales (por ejemplo, en el bulbo olfatorio o en la corteza visual) y a niveles mas globales (involucrando redes de neuronas distribuídas en amplias regiones del cerebro). Por ejemplo, las distintas características de un objeto, como pueden ser su color, su forma, su movimiento, el ruido que genera y tal vez su olor pueden ser integrados en nuestro cerebro como perceptos totalizados. Sin embargo, el procesamiento de cada una de estas características del objeto ocurre en distintas regiones del cerebro, y una pregunta que ha intrigado a los neurobiólogos por mucho tiempo ha sido cómo se comunican las diversas áreas cerebrales para establecer una percepción unificada. La actividad sincronizada de grupos de neuronas conectando estas distintas regiones del cerebro ha surgido como una muy interesante posibilidad para producir el enlace requerido entre los distintos componentes del procesamiento sensorial. En este contexto, se postula que la sincronía de actividad opera como una especie de "pegamento" que mantiene a las células unidas en su actividad, en base a interacciones recíprocas que refuerzan la mantención de dichos patrones de actividad sincrónica.

Como señalé, la actividad sincrónica ha sido observada al nivel de pares de neuronas muy cercanas entre sí, entre grupos de neuronas relativamente distantes, y entre neuronas que incluso pueden estar localizadas en dos hemisferios cerebrales distintos (5), por lo que es un fenómeno observable a diversos niveles y en diversos componentes del cerebro. Sin embargo, ha sido muy difícil demostrar que la actividad sincrónica es realmente necesaria para alguna tarea determinada, ya que el bloqueo de la sincronía normalmente trae como consecuencia una alteración en la propia actividad neuronal. Hasta el momento, existe un trabajo que ha mostrado la necesidad de la sincronía para el desempeño en funciones sensoriales. En un elegante estudio en insectos, Stopfer y colaboradores (6) lograron demostrar que la discriminación olfativa decrece si se reduce el grado de actividad sincrónica mientras se mantienen los niveles totales de actividad neuronal. Sin embargo, este es un sistema neuronal muy simple, en un organismo también simple. El rol que juega la sincronía en vertebrados, y especialmente en los fenómenos conscientes, es por ahora materia de intensa investigación.

Si bien la sincronía de grupos de neuronas es observable a diversos niveles en el funcionamiento del cerebro, para Varela eran especialmente importantes los procesos de integración a gran escala en la corteza cerebral, que se podrían asociar a la fenomenología consciente (5, 7). Los últimos trabajos de Varela y sus colaboradores (5, 8) marcaron un hito en el estudio de las redes macroscópicas del cerebro, al asociar por primera vez un fenómeno de sincronía a gran escala con la actividad consciente en humanos. A través de un análisis matemático altamente sofisticado de la actividad electroencefalográfica (9), Rodríguez y colaboradores (8) pudieron observar la generación y el esparcimiento de actividad sincrónica en la corteza cerebral durante una tarea de reconocimiento visual de caras humanas. Esta evidencia indudablemente asocia el fenómeno de la sincronía a algunas experiencias conscientes, aunque como dijimos aún queda por determinar si existe una relación causal entre ambos fenómenos.

Conciencia y el "problema duro" de la neurociencia

Un problema fundamental en este contexto es la definición de los fenómenos conscientes. Estos incluyen la capacidad de atender a las propias percepciones (mas que al "objeto" causante de ellas), la sensación de "yo" en cuanto a agente de intenciones y volición, y la conciencia autobiográfica. El aspecto que abordaré en este artículo se refiere fundamentalmente a la primera acepción señalada, o sea, a la capacidad de hacer reflexión y darse cuenta del momento subjetivo de una percepción sensorial. Esto es, no la capacidad de percibir el color rojo, sino la "sensación de rojo", que es subjetiva, incomunicable, y evocada por la presencia del rojo. Podemos estar de acuerdo con otras personas respecto de la presencia del color rojo, e incluso si estableciéramos categorías de colores, todos agruparíamos los colores similares al rojo de maneras bastante parecidas (a no ser que existiera un problema visual, como el daltonismo). Sin embargo, no podemos estar seguros que la sensación subjetiva que tenemos cuando vemos el color rojo sea la misma en todos nosotros. Este problema ha sido llamado el "problema duro" de la neurociencia, en tanto que es tremendamente difícil de abordar, y (a mi juicio) posiblemente imposible de resolver.

Es necesario señalar que esta característica de las experiencias subjetivas se dan una vez que estas son conscientes, es decir que podemos hacer reflexión sobre ellas. Si somos inconscientes de un dolor, o de una percepción visual (como ocurre en el caso de la visión ciega o "blindsight", en que por lesión en el área visual primaria se pierde la conciencia de la percepción visual, a pesar que se mantiene una cierta capacidad de discriminación visual), obviamente este componente subjetivo no está presente. Este elemento subjetivo es lo que algunos filósofos han llamado fenomenología de primera persona, y se aplica a todos los ámbitos de las experiencias conscientes: en ellas siempre existe un componente incomunicable. Una de las tareas que Francisco Varela emprendió en los últimos períodos de su vida se relacionó precisamente con la intención de la solución de este problema, a través de lo que el llamaba "metodología en primera persona", o "neurofenomenología" (10). De esta manera, Varela intentaba dar una explicación de lo que aparece como inexplicable, que es, como dijimos, el componente subjetivo, incomunicable de nuestras percepciones.

Reflexión o metarrepresentaciones como base para la conciencia

Se ha postulado que la fenomenología consciente se basa en la capacidad de establecer "metarrepresentaciones" (o reflexiones) (11); esto es, generar representaciones neuronales (o mapas) en un formato común acerca de las múltiples operaciones perceptuales, que permiten comparar dichas percepciones con el sistema de intencionalidad y de valores, de manera de generar decisiones para conductas futuras (3, 12, 13). De esta manera, se establece una especie de ojo interno, que monitorea las operaciones cognitivas en función de las decisiones a tomar. Un elemento fundamental en esto son los llamados mecanismos "top-down" que modulan la dinámica intrínseca de las redes tálamo-corticales, y crean predicciones acerca de los eventos sensoriales en el futuro inmediato (14). Estos mecanismos "top-down" se asocian a los fenómenos de atención, memoria de trabajo, y motivación entre otros, y su sustrato anatómico serían redes asociadas a los sistemas límbicos, a la corteza prefrontal y al cíngulo anterior. (Notemos que si bien para Varela no existía una diferencia entre los mecanismos "top-down" o "bottom-up" en cuanto a su dinámica intrínseca, era también claro para él que dicha distinción poseía un tremendo valor heurístico).

Es importante aclarar que el proceso consciente no sería un fenómeno del todo o nada, sino que más probablemente existiría una transición gradual desde la fenomenología totalmente inconsciente hacia la "toma de conciencia" en plena magnitud. Esto debido a que posiblemente los estados conscientes se asocian al desarrollo de áreas corticales filogenéticamente nuevas, y que maduran tardíamente en la ontogenia (13). De esta manera, los sistemas de metarrepresentaciones se desarrollarían paulatinamente, estableciendo capas de proyecciones "bottom-up" y sistemas de control "top down" cada vez mas complejos, de los cuales en algún momento surgiría la experiencia sensorial como un fenómeno subjetivo.

Una corriente de pensamiento, de la cual Varela formaba parte, propone que las mencionadas metarrepresentaciones se organizan a través de la sincronización transiente de las descargas de las neuronas involucradas. De esta manera, las metarrepresentaciones tomarían la forma de verdaderas constelaciones de neuronas, distribuídas en diversas regiones del cerebro e incluyendo tanto regiones de orden superior (tal vez en una mayor proporción) como regiones sensorimotoras primarias e interacciones tálamo-corticales (tal vez en menor proporción). Los últimos hallazgos del grupo de Varela (8) precisamente apuntaron a la detección de conjuntos sincrónicos de gran escala, que podrían dar cuenta de las metarrepresentaciones postuladas para la generación de los estados conscientes. Estos trabajos marcarán un hito en los estudios neurobiológicos de la conciencia.

El "problema duro" aún queda sin resolver

Si bien es indudable que estos estudios y muchos otros nos darán una gran información acerca de la neurobiología de los fenómenos conscientes, en mi opinión queda aún un gran enigma sin resolver, y que se refiere a la naturaleza de la fenomenología subjetiva. En estricto rigor, ni el concepto del ojo interno, ni la existencia de ensamblajes sincrónicos, aunque se pudieran correlacionar de manera perfecta con los estados conscientes subjetivos, dan cuenta de un mecanismo que necesariamente produzca sensaciones subjetivas. El concepto del ojo interno es ineficaz porque en suma, traslada el fenómeno de la experiencia subjetiva a una metarrepresentación o a algún sistema (o mecanismo) que monitorea los procesos que ocurren en otros niveles. Pero ¿qué le otorga a ese nuevo mecanismo la capacidad de generar experiencias subjetivas? A fin de cuentas, allí no hay mas que potenciales de acción y neurotransmisores. Podría ser la complejidad (como sea que la definamos) de las redes de metarrepresentación, pero no hay nada que indique cómo las experiencias subjetivas pueden surgir de la creciente complejidad de dichos procesos.

Dicho de otro modo, si pudiéramos modelar de una manera muy detallada los sistemas de metarrepresentación postulados, no tendríamos garantía de que estos estuviesen generando sensaciones subjetivas, ya que estas no son observables por agentes externos. La pregunta entonces es: ¿cómo podemos dar cuenta de una fenomenología inobservable a través de fenómenos físicos? El problema es que, aún si esta fenomenología subjetiva se produjese, no podemos ni detectarla inequívocamente, ni decir cómo se produce.

Discusión

El dualismo entre cuerpo y mente ha sido considerado un paradigma de la cultura occidental. Por el contrario, el budismo tiende a señalar que tal dualidad es ilusoria, y que toda nuestra experiencia se confunde con nuestra actividad en el mundo que nos rodea. En mi opinión, la postura budista nace de la experiencia subjetiva e intenta dar cuenta de nuestras vivencias de una manera global, lo cual incluye nuestra percepción del mundo físico. En cambio, el método científico occidental se basa en una premisa diferente: en la observación de fenómenos en forma colectiva, y la proposición de mecanismos descriptibles en base al lenguaje. Es claro que desde la postura budista puede no haber dualidad entre cuerpo y mente, pero en mi opinión esto se debe a que la metodología budista no pretende dar una explicación lingüística del mundo, como lo intenta hacer la ciencia occidental. De esta manera, creo que la dualidad entre mente y cuerpo, o el "problema duro" de la neurociencia, es inherente a la metodología científica y en rigor no existe una escapatoria a ello. Desde mi punto de vista, la fenomenología subjetiva definitivamente no existe en el mundo físico, si por ello entendemos el mundo descriptible en base al lenguaje.

Es indudable que los mecanismos de metarrepresentación, sincronía neuronal y otros pueden ser absolutamente necesarios para la generación de los estados subjetivos, pero desafortunadamente no dan cuenta de cómo éstos se producen en cada uno de nosotros. Esto no quiere decir que el estudio de los sistemas de redes neuronales, y las investigaciones en sincronía neuronal sean vacíos. Lejos de ello. Estos estudios posiblemente nos permitan describir mejor el funcionamiento del cerebro, lo que es una meta de la ciencia occidental. De esta manera, la contribución de Varela a la comprensión de los fenómenos conscientes (en cuanto a fenómenos científicamente observables) ha marcado un hito que no sólo perdurará como tal, sino que ha abierto la posibilidad de investigación en un ámbito que estaba técnicamente vedado hasta que él y sus colaboradores lograron desarrollar una metodología adecuada (15). En este sentido, los estudios de Varela son pioneros en una línea de investigación naciente, que probablemente nos dará muchas respuestas acerca de la neurobiología de los procesos neuronales a gran escala. Varela era mucho mas optimista que yo respecto de la solución del "problema duro", y creía que dicho problema correspondía a una etapa del desarrollo de la ciencia, en alguna medida comparable al descubrimiento de los mecanismos de la herencia. Solo el futuro podrá decir en qué medida esta intuición del gran neurobiólogo chileno fue en definitiva correcta.

Post Scriptum

En un reciente artículo póstumo, Thompson y Varela (16) proponen que la conciencia surge como una propiedad emergente, esto es, un proceso global que surge de la dinámica no lineal de las interacciones locales, y que genera procesos top-down (globales-a-locales) que modulan la dinámica general del sistema. Tal como señalé, a mi modo de ver no hay nada que indique cómo las experiencias subjetivas pueden surgir de la dinámica global, no lineal de dichos procesos. Aún si se pudiera demostrar que sin sincronía ni mecanismos global-a-local, no es posible poseer estados subjetivos conscientes, esto no soluciona el problema, ya que falta una explicación de cómo se generan dichos estados. Existen muchos otros procesos necesarios para la conciencia (como la propia actividad neuronal) que sin embargo no dan cuenta de su génesis.

REFERENCIAS

1. Singer W. Synchronization of cortical activity and its putative role in information processing and learning. Annu Rev Physiol 1993; 55: 349-74        [ Links ]

2. Singer W. Neuronal synchrony: a versatile code for the definition of relations? Neuron 1999; 24: 49-65         [ Links ]

3. Damasio AR. Synchronous activation in multiple cortical regions: a mechanism for recall. Semin Neurosci 1990; 2: 287-96         [ Links ]

4. Joliot M, Ribary U, Llinás R. Human oscillatory brain activity coexists with cognitive temporal binding. Proc Natl Acad Sci (USA) 1994; 91: 11748-51         [ Links ]

5. Varela F, Lachaux J-P, Rodríguez E, Martinerie J. The brainweb: phase synchronization and large-scale integration. Nature Rev Neurosci 2001; 2: 229-39         [ Links ]

6. Stopfer M, Bhagavan S, Smith BH, Laurent G. Impaired odor discrimination on desynchronization of odor-encoding neural assemblies. Nature 1997; 390: 70-4         [ Links ]7. Varela FJ. Resonant cell assemblies: a new approach to cognitive functions and brain synchrony. Biol Res 1995; 28: 81-95         [ Links ]

8. Rodríguez E, George N, Lachaux J-P, Martinerie J, Renault B, Varela FJ. Perception's shadow: long-distance gamma band synchronization of human brain activity. Nature 1999; 397: 430-3         [ Links ]

9. Lachaux JP, Rodríguez E, Martinerie J, Varela FJ. Measuring phase synchrony in brain signals. Hum Brain Mapp 1999; 8: 194-208         [ Links ]

10. Petitot J, Varela FJ, Roy JM, Pachoud B. Naturalizing Phenomenology: Issues in Contemporary Phenomenology and Cognitive Science. Stanford, Stanford University Press, 1997         [ Links ]

11. Varela FJ, Thompson E, Rosch E. The Embodied Mind. Cambridge, MIT Press, 1991         [ Links ]

12. Edelman GM. The Remembered Present. New York, Basic Books, 1989         [ Links ]

13. Singer W. Consciousness and the structure of neuronal representations. Phil Trans Roy Soc Lond 1988; 353: 1829-40         [ Links ]

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15. Aboitiz F, López J. Long distance communication in the human brain: timing constraints for interhemispheric synchrony and the origin of brain lateralization. Biol Res 2002, en prensa         [ Links ]

16. Thompson E, Varela J. Radical embodiment: neural dynamics and consciousness. Trends Cognit Sci 2001; 5: 418-425        [ Links ]

Dirección para correspondencia:
Francisco Aboitiz
Facultad de Medicina, Universidad de Chile.
Independencia 1027, Casilla 70079, Santiago, Chile
Tel. 56 2 7357068; Fax 56 2 6786264
Email: faboitiz@machi.med.uchile.cl

* Dedicado a la memoria de Francisco Varela.

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