Biología cognitiva

Fundamentación en la mecánica cuántica y en la teoría de la información.

Alonso, Luis
Igual que aconteció con las fronteras de la física, en particular con la cuántica, las fronteras de la biología buscan planteamientos unificadores y tender puentes entre orillas que se creían irreconciliables. Así ocurre con el campo orgánico y el dominio de la cognición. El marco de esa aproximación lo pergeña la biología de sistemas. A través de la cognición, el organismo se muestra capacitado para habérselas con su entorno. Una actividad que, se supone, depende de la teoría de la información basada en probabilidades bayesianas.
El organismo se considera un sistema cibernético, un regulador de su propia homeostasis (el sistema metabólico) y un sistema selectivo que separa el yo del no-yo (la membrana en los organismos unicelulares). Todo organismo es un sistema complejo que puede sobrevivir solo si es capaz de mantener su orden interno frente a la tendencia espontánea hacia la disgregación. Por tanto, se ve obligado a seguir y controlar su entorno y, de ese modo, establecer circuitos de realimentación que resultan en una coadaptación. Los procesos cognitivos y los biológicos son inseparables. En la nueva disciplina, la neurociencia cognitiva se sitúa en su sustrato biológico. Mas, para buscar las bases biológicas de la cognición, hay que remitirse a la física y a la teoría de la información, ambos puntales profundamente conectados en la mecánica cuántica.
Detallada la naturaleza, adquisición y meditación de la información, se explicita esta en los principios generales de autoorganización y dinámica de los sistemas biológicos. Compete al lenguaje y la consciencia interpretar la información. Al cerebro se le considera soporte orgánico de la creación de inferencias a partir de la información de los sentidos, generador de predicciones y comprobador de hipótesis a través de su interacción con el mundo.
Se han realizado avances significativos en bioquímica y biología molecular. Pese a ello, parece cada vez más cierto que las metodologías reduccionistas tradicionales resultan insuficientes para abordar la complejidad de sistemas y problemas que van ocupando el centro de investigación. La exposición biológica y su lenguaje se han espejado en las explicaciones de la química y, en última instancia, de la física. Lo observamos en la búsqueda de una causalidad de los procesos. A los conceptos de masa, energía y fuerza, que a escala molecular y química implican fuerzas moleculares, concentración de determinadas sustancias químicas, velocidad de reacción, etcétera, hemos de añadir, cuando abordamos niveles superiores de organización biológica, los de fenómenos disipativos, temporización diferencial, procesos degenerativos y otros.
Por su lado, la ciencia cognitiva, joven disciplina creada con aportaciones de la psicología, neurología, teoría de redes neurales e inteligencia artificial, ha dado también pasos importantes en la conceptualización y el diseño de experimentos. El problema principal que atañe a la biología cognitiva es el de encontrar una mediación oportuna entre la teoría de la complejidad, importante para la biología, y el tratamiento mecánico-cuántico de la información, importante para la cognición. Ese nexo puede descubrirse en la noción de control de la información que tiende puentes entre procesos metabólicos y aspectos relativos a la información.
Cuando se abordan las relaciones entre física y biología, caben tres caminos posibles: apoyarse en la física clásica y la metodología reduccionista tradicional (buscar los fundamentos de la biología en conceptos y leyes de la física); rechazar cualquier nexo con la física para garantizar un fundamento autónomo para la biología; mostrar que la teoría física más revolucionaria, la mecánica cuántica, permite a la biología una conexión con la física que le faculta un fundamento autónomo sin violar las leyes de la física. Auletta sigue la tercera vía. Al afirmar que las ciencias biológicas, neurológicas o psicológicas deben reducirse a la física, se piensa en un reduccionismo ontológico a la física clásica (o la química clásica), como si estas constituyeran el paradigma definitivo de la ciencia. Pero el alcance de la física clásica (y la química clásica) ha quedado limitado a la resolución de determinados problemas. Ha ocupado su lugar, como explicación física del mundo, la mecánica cuántica.
En la búsqueda de nexos entre biología y mecánica cuántica se adelantaron Niels Bohr, Ernst Pascual Jordan, Max Delbrück y, sobre todo, Erwin Schrödinger. Andando el tiempo, Roger Penrose negaría que el cerebro funcionase como un ordenador clásico. En su opinión, el cerebro podía realizar cálculos aunque el problema no se hallara bien definido. La mecánica cuántica podría ser la solución de ese tratamiento anómalo de la información, una idea revolucionaria, aun cuando no se requiera que el cerebro se rija por las leyes de la física cuántica (en razón de la inmensa complejidad de su organización). Sabido es que las leyes cuánticas no regulan propiedades concretas de sistemas físicos, sino amplitudes de probabilidad. Del hecho de que la mecánica cuántica no regule sucesos concretos se infieren importantes consecuencias: queda margen para la aparición de nuevos tipos de sistemas físicos (imposible si el mundo estuviera regulado por las leyes de la mecánica clásica) y aporta condiciones necesarias para la aparición de la vida.
La física clásica se basaba en dos supuestos: todos los procesos y parámetros físicos relevantes son continuos (principio de continuidad) y todas las propiedades de un sistema físico están determinadas (principio de la determinación perfecta). Ambos supuestos fundamentales se violan en la mecánica cuántica: el principio de continuidad por el principio de cuantización y el supuesto de la determinación perfecta por el principio de superposición. Los sistemas mecánico-cuánticos, por elementales que sean, pueden considerarse fuente de información en nuestro mundo y procesadores de la misma.
La mecánica cuántica nos enseña que cada transmisión o adquisición de información será una combinación de un comportamiento discreto, local (selección de información) y de una conducta global, continua y ondulatoria. El cerebro es uno de esos sistemas clásicos que despliega ambos aspectos. Se caracteriza por dos fenómenos: la información se adquiere a modo de espigas, en términos discretos, mientras que la actividad global de procesamiento, en la que intervienen muchas neuronas o diversas áreas, presenta una forma ondulatoria. Durante siglos se pensó que el cerebro representaba el mundo externo de una forma pasiva, a la manera de imagen especular de los objetos y sus características; se reservaba para la mente el procesamiento lógico de la información así adquirida. En los últimos años ha ido ganando fuerza la tesis de que el cerebro interviene en el propio sesgo de la percepción, en su anticipación. De ese modo, vamos conociendo mejor las raíces biológicas de la cognición. La biología no es irrelevante para la cognición, ni esta, irrelevante para aquella.
Aunque arquetípico para hablar de información, el cerebro no es el único sistema biológico que se ocupa de la información. En los animales superiores encontramos tres sistemas que la tratan: el sistema sensorial periférico, los sistemas reguladores, en particular, el sistema hormonal, y el sistema nervioso central. Entre los vertebrados, compete al sistema sensorial adquirir información, procesarla y transmitirla al sistema nervioso central; el sistema hormonal regula la transmisión e intercambio de información; por fin, la función específica del sistema nervioso central consiste en adquirir información (procedente del sistema sensorial) y, en las áreas sensoriales y motoras, procesarla y controlar el intercambio de información. El sistema hormonal transmite información a través de las hormonas liberadas por las glándulas. En particular, regula los sistemas circulatorio, digestivo y reproductor, aparte de su influencia sobre el cerebro y el sistema nervioso central. La información del cerebro se transfiere también a través de la difusión local de moléculas neuroquímicas en una forma paracrina.
No existe isomorfismo entre el cerebro y los objetos externos, aun cuando, en un sentido más restringido, podemos hablar de cartografía topográfica y central. De acuerdo con la regla de Hebb, cuando un axón de una neurona participa reiteradamente en la excitación de otra neurona, se produce un proceso de desarrollo o cambio metabólico en una o ambas células, de suerte que pueden excitarse al alimón con alta probabilidad. Esta es la base teórica de la teoría conexionista de las redes neurales.