Una nueva investigación sobre cómo nuestro cerebro procesa los olores que involucra grandes modelos computacionales de una sección del cerebro podría ayudar a descubrir el misterio de cómo se forma la conciencia.
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.
