La teoría holonómica del cerebro es una rama de la neurociencia que investiga la idea de que la conciencia humana se forma por efectos cuánticos en las células cerebrales o entre ellas. La teoría holonómica se refiere a representaciones en un espacio de fases de Hilbert definido por coordenadas espectrales y espacio-temporales. [1] La teoría holonómica del cerebro se opone [ cita requerida ] a la neurociencia tradicional, que investiga el comportamiento del cerebro observando patrones de 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 involucran oscilaciones eléctricas en las redes dendríticas de fibras finas 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 holograma con un tamaño suficiente contiene toda la información almacenada. En esta teoría, una parte de una memoria de largo plazo se distribuye de manera similar sobre 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 aspectos importantes de la conciencia humana, incluida la memoria asociativa rápida que permite conexiones entre diferentes piezas de información almacenada y la no localidad del almacenamiento de la memoria (una memoria específica no se almacena en una ubicación específica, es decir, un determinado grupo de neuronas). [2] [11] [12]
En 1946, Dennis Gabor inventó matemáticamente el holograma, describiendo un sistema en el que se puede reconstruir una imagen a través de la información almacenada en todo el holograma. [4] Demostró que el patrón de información de un objeto tridimensional se puede codificar 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 trabajado con el psicólogo Karl Lashley en los experimentos de engramas de Lashley , que utilizaban lesiones para determinar la ubicación exacta de recuerdos específicos en los cerebros de los primates. [2] Lashley realizó pequeñas lesiones en los cerebros y descubrió que éstas tenían poco efecto sobre 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 única neurona o 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 podían generar dichos patrones en el cerebro o cómo conducirían a 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 podrían crear patrones de interferencia. Poco después, Emmett Leith logró almacenar imágenes visuales a través de los patrones de interferencia de rayos 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 propuso la hipótesis de que la memoria podría tomar la forma de patrones de interferencia que se asemejan a los hologramas producidos por láser. [19] En 1980, el físico David Bohm presentó sus ideas de holomovimiento e implicar y explicar el orden . [20] Pribram se dio cuenta del 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, podría servir como una fuerte metáfora para la función cerebral. [17] Pribram se sintió aún más alentado en esta línea de especulación por el hecho de que los neurofisiólogos Russell y Karen DeValois [22] juntos establecieron 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]
Una característica principal de un holograma es que cada parte de la información almacenada se distribuye por todo el holograma. [3] Ambos procesos de almacenamiento y recuperación se llevan a cabo de una manera descrita por las ecuaciones de transformación 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 de 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 cómo la totalidad de la información de un holograma está contenida dentro de 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 se conjuga con una lente de una cámara o el globo ocular, produce la misma imagen tridimensional completa. La fórmula de la transformada de Fourier convierte las formas espaciales en frecuencias de ondas espaciales y viceversa, ya que todos los objetos son en esencia estructuras vibratorias . Diferentes tipos de lentes, que actúan de manera similar a las lentes ópticas , pueden alterar la naturaleza de frecuencia de la información que se transfiere.
Esta no localización 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 observaron 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] La memoria solo se pierde cuando no existen partes lo suficientemente grandes como para contener el todo. [4] Esto también puede explicar por qué algunos niños conservan la inteligencia normal cuando se les extirpan grandes porciones de su cerebro, en algunos casos, la mitad. También puede explicar por qué la memoria no se pierde cuando el cerebro se corta en diferentes secciones transversales. [5]
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] Es importante notar la diferencia entre la idea de un cerebro holonómico y uno holográfico. Pribram no sugiere que el cerebro funcione como un único holograma. Más bien, las ondas dentro de redes neuronales más pequeñas crean hologramas localizados dentro de los mecanismos más grandes del cerebro. [6] Esta holografía de parches se llama holonomía o transformaciones de Fourier en 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 de la memoria temprana antes del cual la recuperación de la memoria se ralentiza drásticamente y se vuelve poco fiable. [24] Por otro lado, los modelos de memoria holográfica tienen capacidades de almacenamiento teóricas mucho mayores. Los modelos holográficos también pueden demostrar memoria asociativa, almacenar conexiones complejas entre diferentes conceptos y asemejarse al olvido a través del " almacenamiento con pérdida ". [13]
En la teoría clásica del cerebro, la suma de las entradas eléctricas a las dendritas y al soma (cuerpo celular) de una neurona inhibe a la neurona o la excita y desencadena un potencial de acción a lo largo del axón hasta donde hace sinapsis con la neurona siguiente. Sin embargo, esto no explica las diferentes variedades de sinapsis más allá de la tradicional axodendrítica (axón a dendrita). Hay evidencia de la existencia de otros tipos de sinapsis, incluidas las sinapsis en serie y las sinapsis entre dendritas y soma y 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 por todo el grupo de dendritas. [5]
Los procesos en este árbol dendrítico, la red de teledendros 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 los potenciales de acción. [4] Pribram postula que la longitud 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 más largo de conciencia. 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 de 100.000 a 200.000 entradas en un solo árbol, debido a la gran cantidad de ramificaciones y las muchas espinas dendríticas que sobresalen de las ramas. [5] Además, la hiperpolarización y despolarización sináptica permanece algo aislada debido a la resistencia del estrecho tallo de la espina dendrítica, lo que permite que una polarización se propague sin mucha interrupción a las otras espinas. Esta propagación se ve facilitada además 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 a la vez da lugar a patrones de interferencia. [5]
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 había pensado que la unión solo se producía cuando no había adelanto o retraso de fase presente, pero un estudio de Saul y Humphrey descubrió que las células del núcleo geniculado lateral de hecho 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 direccionabilidad de contenido para un reconocimiento rápido, almacenamiento asociativo para la compleción perceptiva y para el recuerdo asociativo. [29] [30] En sistemas dotados de almacenamiento de memoria, estas interacciones conducen, por tanto, a una autodeterminación progresivamente mayor. [27]
Aunque 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 solo metafórica, sino en realidad estructural. [11] [28] [31] Otros todavía 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]
El modelo holonómico de la función cerebral de Pribram no recibió una atención generalizada en su momento, pero desde entonces se han desarrollado otros modelos cuánticos, entre ellos 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 yendo más allá de los enfoques basados únicamente en la teoría clásica del cerebro. [3] [11]
En 1969, los científicos D. Wilshaw, OP 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 podría utilizar el análisis de Fourier en las señales entrantes ni cómo lidiaría con la baja relación señal-ruido en las memorias reconstruidas. El modelo de correlograma de Longuet-Higgin se basó en la idea de que cualquier sistema podría realizar las mismas funciones que un hológrafo de Fourier si pudiera correlacionar pares de patrones. Utiliza pequeños orificios 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 correlograma discreto puede reconocer patrones desplazados y almacenar información de forma paralela y no local, por lo que normalmente no será destruida por un daño localizado. [34] Luego ampliaron el modelo más allá del correlograma 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 no puede reconocer patrones desplazados, tiene una mayor capacidad de almacenamiento potencial. Esto no tenía necesariamente la intención de mostrar cómo está organizado el cerebro, sino de 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 contrarrestó 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 de hologramas neuronales 2D para una búsqueda rápida impuesta sobre una red 3D para una gran capacidad de almacenamiento. Una cualidad clave de este modelo era su flexibilidad para cambiar la orientación y corregir 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 correlograma y red de asociación. [16]