fronteras de antropologia: Emerge la Corteza prefrontal (I) Un cambio de sentido

Luego de haber desarrollado en series anteriores tanto los patrones la trayectoria del flujo nervioso que comparten diferentes especies del reino animal, y de haber focalizado en lo que representó para antepasados de nuestra especie la evolución convergente de neuronas economo como sistema que favorece la cooperación y solidaridad del grupo, vamos a ver ahora cómo la corteza prefrontal que nos caracteriza y distingue del resto de criaturas vivas, avanza sobre regularidades de flujo observadas en especies homínidas que nos precedieron.

En esta serie sobre las particularidades de la corteza prefrontal (CPF) inicia entonces con una brevísima aplicación de modelos de atractor sobre el cerebro de nuestros antepasados que nos permita seguir de modo observable los cambios evolutivos tendientes a mayor complejidad que desembocaron en la emergencia de la corteza prefrontal.

Asimismo, esperamos poder mostrar en diferentes entregas de esta serie, que no todas fueron ventajas para nuestra especie, ya que la misma CPF nos proporciona la posibilidad de ser creativos, introdujo por primera vez sobre la tierra las dudas de sí mismo, la incertidumbre y el estrés postraumático. Proponemos que las diferentes conductas adoptadas por el primer homo sapiens, respondieron a la necesidad de “hacer algo” con sus temores, mediante la generación de conductas que introduzcan la tan necesaria adaptación psíquica.

Esperemos poder describir adecuadamente durante las diferentes entregas de esta serie, en qué consisten tales conductas exclusivamente humanas.

¿Modelos de la Física para describir procesos biológicos?

Desde hace tiempo, muchos investigadores se vienen ocupando de la búsqueda de algún modelo que permita integrar distintos campos de ciencia y diferentes tipos de procesos. Quizás algunos recuerden la Teoría del campo unificado de Einstein, o la Teoría del Todo de Hawking.

Uno de los intentos más recientes lo representan las elaboraciones de investigador Jeremy England, quien propuso en 2016 una teoría muy discutida sobre el origen de la Vida explicado con principios de Termodinámica. Especialistas locales consideran que la teoría de England aporta conocimiento “necesario, pero no suficiente” ya que su trabajo es puramente abstracto, basado en ejercicios de mecánica estadística.

Sin entrar a cuestionar la teoría de England, Ignacio Sánchez, autodefinido como físico biológico del Departamento de Química Biológica de Exactas-UBA, opinó sobre la fascinación que le producen las diferentes reacciones moleculares que investiga, y confiesa que muchas veces se pregunta “¿cuál será la ley general que subyace detrás de toda esa diversidad?” Sanchez reconoce que, “detrás de todo conocimiento biológico hay muchas leyes fundamentales de la física que quedan flotando” (Mattei, 2016, cursivas añadidas)

En este clima intelectual, muchos grupos neurocientíficos vienen aplicando con éxito modelos físicos de atractor para el seguimiento de la trayectoria neuronal en el cerebro animal. Recordamos que los modelos topológicos fueron desarrollados para describir la evolución de ciertas trayectorias planetarias de carácter impredecible que presentan una estructura estable. A partir de la década de 1960, comenzaron a utilizarse para abordar fenómenos terrestres cuyas trayectorias carecen de hiperbolicidad uniforme. Las disputas al interior del Proyecto Cerebro, incentivaron el desarrollo de modelos de atractor aplicados en el seguimiento del flujo neuronal en el cerebro animal.

Como sostiene el investigador del CONICET y profesor del Departamento de Física Esteban Calzetta, “Nada de lo que sabemos hoy en día sobre sistemas biológicos es realmente incompatible con nuestra hipótesis de trabajo que permite describir a un ser vivo en términos físicos... La formalización novedosa y creativa es lo que vale” (Mattei, 2016; cursivas añadidas)

Creemos que los modelos de atractor satisfacen tales requisitos de formalización creativa para describir el patrón evolutivo de la trayectoria neuronal en el cerebro homínido que favoreció la emergencia de nuestra especie.

Modelos de Atractor sobre

trayectorias neuronales de evolución simétrica

Recordamos que los modelos físicos de atractor, presentan una estructura topológica y principios matemáticos para desentrañar la evolución de trayectorias de carácter impredecible, y autolimitadas. Por tanto, los consideramos modelos de elección para formalizar la trayectoria de fuerzas físicas de la Naturaleza en general y el impulso neuronal en particular, cuya dinámica puede introducir cambios y novedades al interior del sistema.

Tal como hemos tenido oportunidad de ver, la evidencia reunida durante los últimos años, describe que la información del entorno ingresa en uno de los hemisferios del cerebro animal, y a partir de allí, la trayectoria neuronal resulta impulsada por la jerarquía lógica de ambos hemisferios cerebrales, donde elementos perceptivos y emocionales se agrupan de modo complementario, y posteriormente, se reorientan aquellos con propiedades similares y derivan de redes diferentes. (Ver Figuras a continuación)

Basándonos en el registro fósil disponible, procuraremos inferir la evolución del flujo neuronal entre las redes diferenciadas que agrupan y reorientan elementos similares en cada hemisferio, desde el australopitecus hasta el homo sapiens.

En 2019, el grupo de Chadhury publicó el hallazgo de un atractor intrínseco en el cerebro de ratón, y en 2020, en la Universidad de Stanford, (Deisseroth et al, 2020) mediante un novedoso equipo denominado COSMOS, lograron filmar el flujo tálamo-cortical que otorga robustez al cerebro de un ratón, e impulsa conductas adaptativas, como muestra el vídeo:

Tengamos en cuenta el atractor intrínseco mientras observamos los factores convergentes que contribuyeron al aumento de complejidad entre especies. Veamos cómo pudo adaptarse el Australopitecus

Como muestran las figuras a continuación, el inicio del linaje Homo puede fijarse con la emergencia de las neuronas von economo por evolución convergente en el Homo Ergaster, cerca de 2,4 MA atrás.

El Neanderthal evidencia aumento de complejidad en un cerebro cuyo registro óseo presenta evidencia de funciones en el área de Broca, tal como describe el paleoneurólogo E. Bruner en su conferencia de 2015 “Evolución de cráneos, evolución de cerebros”

Fragmento del vídeo de Bruner sobre emergerncia de funciones del Area de Broca en Neandertal

Homo Sapiens: Cambios en el sentido de la trayectoria neuronal

Tal como vemos en la serie de imágenes, el flujo neuronal en los homínidos ingresa al cerebro desde el tálamo. En cambio, la emergencia de corteza prefrontal en el cerebro homo sapiens, introdujo por primera vez las funciones novedosas de un sentido diferente de trayectoria para vincular diferentes áreas que esconde el origen de la mente humana.

Esta función de la CPF como “directora de orquestra” es evidente en los siguientes vídeos realizados durante 2017 en Berkeley:

El primer vídeo ofrece indicios de la CPF en la búsqueda y coordinación de palabras conocidas:

El segundo vídeo muestra el papel de la CPF en la búsqueda de términos que presentan mayor dificultad:

Ambos vídeos muestran a las claras el cambio en el sentido del flujo neuronal dirigido por la corteza prefrontal, como proceso secundario, y es enfatizado en el registro de imágenes.

Este carácter secundario del flujo neuronal prefrontal que introdujo en el homo sapiens la facultad de crear un mundo, también puede obstruir procesos de consolidación de la memoria emocional, tema que abordaremos en la segunda parte de esta serie.

(Fragmento de Arqueología del Símbolo, en preparación por Vivina Perla Salvetti)

Bibliografía:

CARNESE, Francisco, y DEJEAN, Cristina (2015) “¿De dónde venimos?” Entrevistas de NEX ciencia (FCEyN, UBA) Publicadas en línea por Gabriel Stekolschik el 6 de marzo de 2015. http://nexciencia.exactas.uba.ar/origen-del-hombre-evolucion-hominidos-cristina-dejean-francisco-carnese-rolando-gonzalez-jose (16 de marzo de 2019)

CHAUDHURI Rishidev, Gerçek Berk, Pandey Biraj, Peyrache Adrien y Fiete Ila (2019) “The intrinsic attractor manifold and population dynamics of a canonical cognitive circuit across waking and sleep” Nature Neuroscience 22: 1512-1520 (2019)

Doi: 10.1038 / s41593-019-0460-x

DEISSEROTH Karl, Kauvar I., Machado T., et al (2020) “Cortical Observation by Synchronous Multifocal Optical Sampling Reveals Widespread Population Encoding of Actions” Neuron 107 (2): 351-367. DOI: https://doi.org/10.1016/j.neuron.2020.04.023

MATTEI, Guillermo (2016) “Inevitable vida” EXACTAmente 56: 14-17. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales /UBA.

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Serie “Emergencia del orden desde el Caos”

(I)¿Modelos Cualitativos o Cuantitativos?

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(II) Modelos Mariposa y Fractales

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(III) Principios Elementales

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¿Teorías del Caos o del Cosmos?

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Serie “Patrones en la Naturaleza”