En una de mis primeras clases en mi primer curso de neuroimagen, tuvo lugar un diálogo confuso.
Profesor : en este experimento, las personas miran la cruz en el centro de la pantalla, mientras que a la izquierda o derecha de la cruz se les muestra el lugar de Gabor ...
Estudiante : lo siento, ¿cuál es el lugar de Gabor?
Profesor : Ah, bueno, esta es una convolución de una sinusoide con una curva gaussiana.
Nos sonrió, sin prestar atención al hecho de que detrás de él en la pantalla solo había una imagen del lugar de Gabor. Alzó las cejas expectante. Toda su pose decía: "Bueno, ¿ahora está claro?"
Estudiante : Umm ...
Profesor : ¿No? Aquí, déjame mostrarte.
Ignorando la pantalla de presentación, se volvió hacia la pizarra. Sobre él, dibujó una onda sinusoidal, y debajo de ella una curva gaussiana.
"¡Y ahora estás haciendo una operación de plegado con ellos!" [
según algunos expertos en los comentarios, esta función es un producto de una onda sinusoidal y gaussiana, y no una convolución / aprox. perev. ]
El estudiante se rindió. Quizás tenía algunas ideas sobre la operación matemática de la convolución, pero no tenía la intuición necesaria. Necesitaba que alguien simplemente señalara con el dedo el lugar correcto en la pantalla: este es el lugar de Gabor.
Podría ser una historia sobre cómo me sentí a veces en el lugar de este estudiante. O una historia sobre la enseñanza. O, tal vez, cómo la información absolutamente precisa puede parecernos sin sentido. Pero ahora me gustaría centrarme en el hecho de que el punto de Gabor es más que una simple convolución de una sinusoide con una curva gaussiana.
Suponga que tiene un montón de gatitos que fueron criados en un entorno donde no había más hitos que los verticales. Los gatitos solo verían rayas verticales. ¿Qué sucede si, después de unos meses, estos gatitos son liberados y se les permite interactuar con el mundo ordinario que los rodea?
Sucederá que después de un comienzo incierto, aprenderán a interactuar con el mundo exterior. Comenzarán a estudiarlo, jugar, comportarse como gatitos. Pero si atrapan un objeto largo, delgado y horizontal, por ejemplo, un cable negro tendido sobre una alfombra blanca, se comportarán como si no existiera. No tendrán miedo si de repente va en su dirección y no lo agarrarán si salta. Le mostrarán ceguera selectiva, aunque sus ojos funcionarán perfectamente. La raíz de sus problemas estará en el cerebro.
La corteza visual primaria, la primera de una serie de zonas corticales que procesan información visual, es sensible a la orientación de las líneas. Hay celdas llamadas "simples" (o detectores de banda, o detectores faciales), que se activan en respuesta a varios grados de inclinación, dependiendo de la orientación de las caras de los objetos observados. Si camináramos a lo largo de la superficie de la corteza visual primaria, caminaríamos lentamente desde áreas responsables de la orientación vertical a áreas sintonizadas a ángulos de inclinación cada vez más amplios y más grandes. Esto significa que un grupo de celdas se vuelve muy activo cuando ve una línea vertical, el otro, si está ligeramente inclinado, y otro reacciona a una línea horizontal. Las celdas que están "sintonizadas" a una orientación vertical seguirán respondiendo en respuesta a líneas no tan verticales, cada vez más pequeñas, dependiendo de la diferencia entre la orientación vertical "preferida" y la visible.
Sensibilidad de una neurona sintonizada a rayas verticales en función de la orientación de la tiraEn el caso de los gatitos, las células que se suponía que eran responsables de la orientación horizontal comenzaron a responder a otras orientaciones debido a la privación sensorial durante el período crítico de desarrollo. No tenían células que respondieran a los estímulos horizontales, por lo que en esta etapa del neuroprocesamiento se apaga la señal visual.
Tras haber aprendido sobre esta orientación, podemos comenzar a comprender uno de los fenómenos relacionados con la percepción. Es decir, si observamos la tira orientada de la misma manera durante mucho tiempo, entonces nuestra capacidad para juzgar la pendiente de las franjas orientadas subsiguientes, aproximadamente las mismas, disminuirá por un tiempo, pero este efecto se debilitará por las franjas más inclinadas. Ahora sabemos que esto se debe a la fatiga de las neuronas: cuanto más se active una neurona, más cansada estará más tarde y menos tendrá la capacidad de transmitir información de orientación con precisión.
¿Cómo lo sabemos? Gracias a miles de experimentos con manchas de Gabor. Las manchas de Gabor son estímulos que controlan la actividad visual temprana de manera controlada. Parecen una secuencia de rayas en blanco y negro, y se pueden orientar de cualquier manera, se pueden hacer buenos o poco distinguibles, grandes o pequeños, rotativos o inmóviles. Deben estar en cualquier laboratorio de visualización.
Ese día en la clase encontré un error, un malentendido. Mi profesor no quería moverse por la conciencia o argumentar que la percepción termina con una descripción física de la estimulación. Simplemente asumió que el alumno conocía la orientación de la orientación e intentó proporcionar información adicional.
Pero las manchas de Gabor no solo controlan la corteza visual primaria. Las propiedades del procesamiento primario de la información visual tienen un efecto tremendo en cómo visualizamos el cerebro como un todo. Apoyan nuestra creencia de que en algún lugar hay un neurocódigo para detectar el tiempo, el espacio, nuestra posición en el espacio, el significado de las palabras, la belleza de las melodías, emociones complejas como el dolor del rechazo social, la capacidad de juzgar los pensamientos de otras personas, la autoconciencia, las adicciones políticas, rasgo de carácter Estos esquemas nerviosos pueden ser difíciles de distinguir para nosotros, como observadores, pero creemos que el código está oculto en su interior y está listo para que lo saquemos y analicemos, lo comparemos con uno de los conceptos cognitivos y que, en principio, el trabajo de la conciencia pueda coincidir perfectamente. con reglas que rigen el trabajo de las neuronas. Si soñamos aún más, luego de descifrar este código, debería ser posible construir máquinas capaces de procesar información no peor que nosotros, e indistinguibles de nosotros a este respecto.
Nadie considera esta tarea simple. Incluso en el caso de las "células simples", la realidad resulta ser mucho más complicada que simplemente asignar a una neurona el papel de reconocer la orientación por un lado, y su conexión con las sensaciones por el otro. En primer lugar, las sensaciones se asocian no con neuronas individuales, sino con el número relativo de actividades en neuronas que prefieren diferentes orientaciones. La conexión entre las sensaciones y esta distribución de la actividad no es directa. Si miramos una tira vertical e inclinamos la cabeza o el cuerpo hacia un lado para que la tira relativa a nuestros ojos no sea vertical, las neuronas que prefieren una posición inclinada tendrán que funcionar. Pero, de hecho, esta tira continúa siendo vertical para nosotros, a juzgar por las neuronas de la corteza visual primaria (y lo percibimos vertical). Esto se debe al hecho de que la información vestibular está asociada con la información de orientación y la corrige. Además, la orientación y el espacio también están interconectados: una secuencia de orientaciones cada vez más inclinadas, que salpica la superficie de la corteza visual primaria, se repite allí muchas veces. Esto le permite reconocer adecuadamente la pendiente en varias áreas del campo de visión. Las celdas simples procesan no solo esta información, sino, por ejemplo, la ocupación total del campo de visión, y el punto de Gabor con una gran cantidad de tiras finas se percibirá de manera diferente que un punto con una pequeña cantidad de anchos. En algunas celdas simples, las líneas de ajuste serán anchas, otras usarán líneas estrechas. Algunos incorporarán información del nivel anterior de su procesamiento, en el
tálamo , casi de forma aditiva, mientras que otros utilizarán cálculos más complejos. Y además de todo esto, las celdas simples se suprimen selectivamente entre sí, y además, su actividad se adapta de manera flexible en función de los datos recibidos de las áreas de orden superior. ¡Imagínese lo que sucedería si no fueran "simples"!
Pero, a pesar de todas las dificultades, la relación entre la orientación de las líneas y la actividad nerviosa, y entre la actividad nerviosa y las sensaciones es bastante sencilla. Tanto es así que un mal funcionamiento de las sensaciones puede permitirnos hacer suposiciones razonables sobre el funcionamiento del cerebro, como en el caso de una ilusión en la pared de un café, donde el contexto visual circundante afecta nuestro sentido de orientación, posiblemente en relación con la supresión local.
Los ladrillos parecen trapezoidales y la costura inclinada, aunque en realidad los ladrillos son rectangulares y la costura es paralela al suelo.¿Se puede esperar que tales vínculos directos entre los procesos cognitivos y la actividad nerviosa sean la norma? A menudo se puede ver cómo se describe el ajuste de orientación como una introducción a ideas más generales sobre el propósito del cerebro, como un ejemplo prototípico del funcionamiento del cerebro. Además, la investigación a menudo comienza con preguntas cognitivas generales (¿Cómo determinamos nuestro automóvil de cientos de autos en un estacionamiento? ¿Cómo navegamos por una calle concurrida? ¿Por qué es sorprendente cuando una fuente de ruido a largo plazo se detiene repentinamente?), Y termina en una escala de trabajo muy pequeña neuronas que describen los resultados de un experimento. Para los no iniciados, puede parecer que las conexiones con los fenómenos cognitivos se consideran tan obvias que no necesitan describirse más. De hecho, esto se debe probablemente a la creencia de que el espacio entre la actividad nerviosa y el procesamiento cognitivo se puede llenar en principio, y que gradualmente, con dificultad, lo llenaremos por completo, como se puede ver en el ejemplo del ajuste de orientación.
Sin embargo, con la creciente complejidad de los fenómenos estudiados por nosotros, la complejidad de establecer conexiones entre las neuronas y la actividad inteligente también está creciendo muy rápidamente. La mayor parte del sentido de orientación se basa muy convenientemente en la actividad de las células simples en la corteza visual primaria, pero sería terriblemente inadecuado determinar el proceso de aprendizaje simplemente a través de la plasticidad de las sinapsis. Incluso si describimos de manera completa y precisa toda la actividad de las neuronas, necesitaremos encontrar una manera fundamental de conectarlas con la mente, y este método casi nunca aparece porque estamos examinando muy de cerca el tejido nervioso.
Si nos preguntamos si confiamos en los fenómenos mentales para la actividad nerviosa, entonces la respuesta definitivamente será "sí". En este sentido, toda actividad racional puede reducirse a bloques de construcción simples, tangibles y consistentes que se combinen sobre la base de un número finito de pautas claras. Pero de esta simplicidad, surge una complejidad inesperada. En este sentido, el entrenamiento puede, en principio, describirse a nivel nervioso, y nosotros, en principio, podemos construir máquinas que sean tan conscientes como nosotros. La actividad de las células simples, que se manifiesta al ver los puntos de Gabor, es un buen ejemplo de cómo esto puede funcionar con la función mental de cualquier complejidad.
Por otro lado, algunos fenómenos importantes ocurren tanto dentro de las personas como entre ellas. Nuestro sentido de identidad, por ejemplo, es una mezcla de cualidades personales y cómo difieren de las cualidades de otras personas. Una de mis propiedades notables es que soy extranjero. Esto se refleja en cómo proceso cierta información relacionada con los locales. Por ejemplo, no puedo distinguir ciertos sonidos hechos con acento local, porque no crecí con ellos, y su señal decae en mi corteza auditiva al igual que la orientación horizontal de esos gatitos desafortunados. Mi pertenencia a extranjeros se puede discutir en términos de diferencias en la actividad nerviosa, y tal vez incluso con gran precisión, pero ¿es razonable hacerlo? Mis diferencias con los locales diferirán si me mudo de un país a otro, y en cualquier país otros extranjeros pueden diferir de los locales de una manera que no esté conectada conmigo de ninguna manera. Tiene más sentido discutir cualquier diferencia de este tipo en el nivel nervioso como una función de las diferencias culturales, más que como una función del cerebro extraño que genera la mente extraña. No tengo un cerebro extraño: tengo un cerebro y soy un extranjero. En el límite, cualquier simbolización puede considerarse como el resultado de una cultura comparable a la pertenencia a extranjeros y, por lo tanto, no puede llamarse una característica del cerebro. Y para la actividad racional, se necesita la simbolización.
Las personas que están interesadas en lo que está sucediendo en estos dos extremos del espectro, reduciendo los fenómenos cognitivos a la actividad nerviosa y refractando estos fenómenos a través de lentes culturales e interpersonales, consideran que la posición opuesta es verdadera, pero trivial, sin capacidad explicativa. Me parece que esto puede deberse a un desacuerdo entre la naturaleza de las relaciones causales y si puede desarrollarse en una dirección o en muchas. En cualquier caso, la relación entre las caras nerviosas y cognitivas de la misma moneda está llena de sutilezas.
Al estudiar estas sutilezas, podemos preguntarnos si es posible conectar algún fenómeno mental de una persona con estados nerviosos exactos que no varían con el tiempo y, por lo tanto, si siempre podemos usar un estado nervioso para describir un resultado cognitivo. La respuesta a esta pregunta será negativa. Muchas afecciones nerviosas pueden conducir al mismo resultado cognitivo (puede resolver un problema matemático basado en un sentido de los números, en la visualización, en la posibilidad de verbalización), y varios resultados cognitivos pueden fluir de un estado (por ejemplo, su excitación alegre puede fluir hacia la euforia o hacia preocupación)
Pero tal vez algún tipo de actividad nerviosa inherente se esconde en esta variabilidad, ¿o esta actividad está entrando en uno u otro estado, dependiendo de lo que esté haciendo el cerebro? Si pudiéramos describir completamente esta actividad nerviosa de fondo, ¿podríamos averiguar exactamente qué actividad mental se manifestará? Posiblemente Pero, muy probablemente, las propiedades de la conciencia funcionan de acuerdo con sus propias reglas, que no existen en el nivel inferior. Por ejemplo, en las palabras que el otro sigue de uno, puede haber significado, y en las palabras que la imagen nerviosa que condujo al primer pensamiento dio lugar a una imagen nerviosa que condujo al segundo pensamiento, puede no tener ningún sentido. Sin una descripción de los pensamientos, las conexiones entre los dos patrones nerviosos no son del todo obvias. Esto significa que la forma de organizar la mente puede no ser la mejor guía sobre cómo organizar el cerebro, sino que la mente tiene su propia opinión.
Por el contrario, nuestras suposiciones de que los efectos neuronales simplemente describen fenómenos cognitivos no se dan, y las suposiciones sobre las conexiones entre las neuronas y los pensamientos no se pueden tomar superficialmente. Personalmente, cuando llego al final de mi trabajo en neurobiología cognitiva, trato de preguntarme si ahora puedo decir algo nuevo sobre los fenómenos cognitivos, cuyos estudios se mencionaron en este trabajo sin tocar el cerebro. Si no puedo hacer esto, entonces probablemente la mente no fue el héroe principal de esta historia, solo fue un héroe de apoyo. Este principio me ayuda a recordar que la actividad nerviosa es el trabajo de la mente en el mismo sentido que la mancha de Gabor es una convolución de una sinusoide con una curva gaussiana: la actividad nerviosa explica el trabajo de la mente con conceptos incondicionalmente verdaderos, que al mismo tiempo son incondicionalmente limitados.