Capítulo 1: Introducción

Existen tres categorías en las ciencias naturales: la realidad física, el cerebro y la mente. Desde la perspectiva de las ciencias naturales, las estructuras, eventos y los procesos de cada categoría están ordenadas en un cierto orden y son accesibles a diferentes metodologías científicas como: neurociencia, física y la ciencia cognitiva.

El problema

Lo que se trata de responder es si el orden mental corresponde, al orden de las estructuras, eventos y procesos en una parte neuronal llamada corteza cerebral. Lo que se busca es el orden espacial y temporal en la corteza cerebral que coincida con el orden cognitivo. Se entiende por coincidir que el orden espacial y temporal ocupen el mismo lugar que le corresponde al orden cognitivo. Un cambio en el orden cortical corresponde un cambio en el orden mental. Se puede concluir que los dos órdenes son idénticos y por lo tanto sus estructuras, eventos y procesos en ellos. Ambos órdenes consisten de estructuras de redes.

Redes cognitivas: teoría

El modelo de las redes corticales coincide con algunas conexiones de la psicología cognitiva. Esta conexión se debe porque las dos líneas de redes son independientes de cada una como reacción de sus insostenibles posiciones en los campos respectivos. El modelo de las redes corticales es una alternativa para la reducción de funciones cognitivas utilizado por neurofisiologos y neuropsicologos.

A continuación se presentan todos los debates que ha habido sobre los estudios de la representación cortical, el cual se ha llevado a cabo durante medio siglo:
Por un lado se encuentran los defensores de la localización de las funciones cognitivas en las diferentes regiones corticales. Los fundadores de esto fueron Gall y Broca. Ellos justificaron su posición con la evidencia que la corteza está dividida en muchas áreas y cada una con conexiones separadas. Es razonable pensar que cada área tiene diferentes funciones cognitivas. Por todo esto los neurólogos creen que cuando uno se lesiona alguna parte cortical se da un desorden en la percepción, atención, memoria y el habla.

Por el otro lado se encuentran los que piensan que las funciones cognitivas están basadas en un sistema cortical distribuido de neuronas interconectadas. Esta teoría fue débil porque les hizo falta evidencia para soportar sus argumentos. Sí es verdad que la corteza esta divida en áreas y módulos psicológicos, cada uno con sus conexiones especializadas en la sensación y movimiento. Estas áreas son los niveles más bajos de jerarquías de procesamiento neural hacia la cognición. Las funciones cognitivas de percibir, recordar, razonar, entender y el lenguaje descansan en partes de la corteza y se extienden a las áreas especializadas y los nódulos.

En la historia de la neurociencia ha habido personas importantes como Von Monakow y Jackson, ellos encontraron un aliado en la escuela de la Gestalt. El principio de esta escuela es la percepción visual. Un enunciado muy importante es que la percepción viene de las partes sensoriales: lo que le importa al organismo es la organización, la relación entre esas partes y que estas relaciones no se pueden llevar a cabo sin que el objeto pierda su identidad.

Hace unos años estos principios empezaron a tener influencias en la neurociencia cognitiva. El primero en experimentar esto fue Karl Lashley, él era un neuropsicologo. Su análisis de las lesiones de las áreas corticales no funciono para revelar déficits en la discriminación de la memoria. Con esto él ayudo a establecer las bases de una vista integrada de la discriminación, memoria y la cognición en general. Él estableció la fundación experimental de la representación distribuida en la corteza cerebral, con la idea de que el substrato neuronal sirve para funciones cognitivas.

Hebb propuso la idea que la memoria a corto plazo consiste en el reflejo de la excitación en las redes corticales con la asistencia de la retroalimentación. Después postulo que la plasticidad en la sinapsis es la base de la formación de la memoria. Uno de estos principios dice que cuando dos inputs en una neurona llegan al mismo tiempo, van a crear cambios permanentes en la sinapsis.

Friedrich Hayek fue el primero que propuso la representación de percepciones y memoria en una escala más grande de redes corticales. El orden sensorial es una de sus contribuciones para el entendimiento de la percepción y la memoria. Su teoría dice que la experiencia de un organismo esta almacenada en mapas de conexiones entre las neuronas de la corteza cerebral. Estas conexiones como lo había dicho Hebb fueron formadas por varios inputs de varias fuentes. La percepción es un acto de clasificación por los sistemas de redes de las conexiones formadas por la experiencia anterior a esos objetos. Algo importante en el modelo de Hayek es que cada sensación viene de la experiencia y por otras sensaciones que han estado asociadas en el pasado. La corteza cerebral se convierte la esencia de la sensación, percepción y la memoria.
Veinticinco años después Edelman y Mountcastle hicieron una teoría diciendo que el aprendizaje, memoria, y la percepción están distribuidos en módulos corticales o columnas de células. Edelman hizo una teoría llamada la teoría de selección de grupo. Esta teoría dice que los grupos corticales son seleccionados por el contacto con el medio ambiente, organizándose para realizar varias funciones. Él introdujo el principio de degeneración que dice que hay varias formas en que los grupos neuronales pueden reconocer un objeto y actuar en el. Con esta teoría se llego a la ruta de la inteligencia artificial. La cual construye modelos de maquinas, robots que hacen las funciones de el cerebro humano. El conexionismo viene de la inteligencia artificial.

Kohonen tiene una base central en su trabajo es la libre organización. Su pensamiento se basa en los pensamientos de las células y las asociaciones de los inputs. Los conjuntos de células representan características parciales de la experiencia sensorial, lo cual constituye los nódulos de las redes de la memoria. Él decía que la libre organización servía para la adquisición del aprendizaje y la memoria. El proceso de distribución paralela es la capa del conectivismo moderno descrito en dos grandes volúmenes: Rumelhart y McCelland. Las redes paralelas con procesos de retroalimentación se convirtieron en la base de muchos modelos de conexionismo de la ciencia cognitiva.

Redes cognitivas: Neurociencia

Tres campos de neurociencia han contribuido al conocimiento de las estructuras y funciones de las redes corticales y a la aplicación del conexionismo de la neurociencia cognitiva:
El primer campo es la conexión cortical del axón. Se sabe desde un buen tiempo de la existencia de conexiones de la corteza con estructuras subcorticales, el tálamo. Pero no se conoce mucho sobre el rol de las proyecciones talámicas a la corteza asociativa o sobre el núcleo en donde se origina.

El estudio de las conexiones entre áreas corticales comenzó hace mucho tiempo con la degeneración del axón y con métodos neuronográficos, pero no se tomo como la mayor metodología hasta después. Luego recibieron un mejor resultado de aplicaciones extensivas de métodos de trasporte del axón, complementado más tarde por otros métodos inmunológicos y moleculares. Con el paso de las décadas, mucha información se ha adquirido sobre intrínsecas y extrínsecas conexiones sobre cada región y subregión de cortezas primitivas. Todo eso ha sido contribución de muchos laboratorios (Jones, Jacobson, Barbas etc.).

El segundo recurso es la electrofisiología, fuente de apoyo para dilucidar redes corticales cognitivas y su arquitectura funcional. Berger descubrió el electroencefalograma desde allí campos corticales han sido usados como un medio para poder evaluar correlaciones entre la actividad neuronal cortical y estados cognitivos. El electroencefalograma de la corteza registra, de la superficie del cuero cabelludo o desde la corteza misma, condiciones de la conciencia.
Otra contribución al concepto cognitivo de redes es el estudio microelectrodo de la descarga eléctrica de las neuronas corticales en monos que preforman tareas cognitivas. Los microelectrodos nos proveen herramientas para explorar mecanismos funcionales cognitivos en redes corticales.

La tercera fuente de evidencia de redes es neuroimagen. Esto significa que si podemos visualizar la actividad neuronal continua en toda la corteza individual, somos capaces de figurarnos la medida de las redes corticales y como trabajan en cognición. Pero existen problemas en la metodología que no se han podido resolver. Entre ellos está la limitada resolución espacial y temporal. También un problema difícil de resolver es las relaciones biofísicas que no se conocen entre la corriente de sangre, metabolismo y la actividad neuronal. Estos problemas son críticos porque la corriente de sangre o la imagen del metabolismo se derivan de los cambios neuronales, con una diferencia en el curso del tiempo que saca la imagen afuera del rango temporal sobre muchos cambios cognitivos y diferencias. Pero a pesar de las dificultades, la neuroimagen a contribuido a nuestro comprendimiento de la topografía de la redes corticales en ciertas funciones cognitivas.

El propósito que tiene el libro es estudiar la relación que hay entre estructuras, eventos y procesos en dos esferas: neural y cognitiva. Pero para poder alcanzar este propósito, el problema de escalar será importante. Se requiere de escalas del cerebro con rangos y resoluciones conmensuradas a las del fenómeno cognitivo. También medidas de resolución deben sacar el rango del tamaño células corticales. Para resumir, el paradigma de la redes corticales de cognición requiere que las dos escalas de medición, espacial y temporal, se expandan sobre la sensación y motor con la que se familiariza.

La cognición

El termino cognición lo utilizaremos para cualquier representación de conocimiento en la corteza cerebral. Es un asunto acerca del mundo, el yo y las relaciones entre estos dos. La red de estructuras está hecha de acciones que han estado asociadas por el aprendizaje o las experiencias pasadas. La cognición está definida por las neuronas y por las conexiones entre ellas. Algo que es esencial en esto es que las cogniciones están hechas de pequeñas estructuras de representación que pueden ser innatas. Por discriminación sensorial y por razonamiento inductivo y deductivo, el organismo pasa la cognición a categorías cognitivas de pequeña magnitud.

La cognición tiene una inmensa variedad en términos del contenido de su información, su complejidad y el número y naturaleza de sus componentes. Esos elementos en la corteza primaria son los pilares de la base de muchas redes que se extienden hacia arriba y abajo en la corteza de asociación. De esto llegamos a la conclusión que entre más compleja y mas componentes tenga una cognición, más estrechas serán sus redes corticales.

Todas las funciones cognitivas consisten en la transacción de información dentro ellas. Los cognitivos se representan en redes corticales, todas las operaciones cognitivas toman lugar dentro y entre redes corticales. Entonces esto quiere decir que cualquier red cognitiva o cortical puede ser objeto de cualquier operación cognitiva. En conclusión las mismas redes corticales pueden ser usadas en la percepción, atención, memoria, en lo intelectual y el lenguaje. Cada cognitivo tiene diferentes y específicas distribuciones, pero esto no hace diferente las funciones cognitivas.

Este acercamiento al neurocognitivo, se departe de que diferentes funciones cognitivas residen en diferentes partes del cerebro. En la neurociencia cognitiva, apenas se está aceptando que ciertas funciones, como la memoria y el lenguaje, tengan una larga distribución cortical pero es común que haya diferentes regiones de la corteza que se encarguen de la atención, memoria, lenguaje etc. Aunque esto es dudoso.

Entonces de acuerdo al punto de vista que ha inspirado esta monografía, las funciones cognitivas no tienen definida una topografía cortical. La percepción es parte adquirida por la memoria; la memoria almacena información adquirida por la percepción; lenguaje y memoria dependen uno del otro; lenguaje y razonamiento lógico son formas especiales de la acción cognitiva; atención sirve para las otras funciones; inteligencia sirve a todo; así sucesivamente…