La física cuántica, la actividad neuronal y la libertad

Utilizando la filosofía contemplativa para explicar y analizar la naturaleza, Epicuro explicó la individualidad del átomo y su comportamiento azaroso-aleatorio. Esto le permitió proclamar el indeterminista de la Naturaleza, por lo que la causalidad, en su filosofía, fue sustituida por la libertad. La mecánica cuántica, más de 2,000 años después, confirmó la autenticidad de estas aseveraciones. La Naturaleza, en el mundo microcósmico, es indeterminada y espontánea. La realidad cuántica es probabilística y las características observables dependerán del procedimiento experimental utilizado para su medición, algo inadmisible en la mecánica clásica desarrollada a partir de Newton, donde las mediciones se manejan en absolutos.

El lenguaje de la física clásica ha sido uno de los obstáculos en la comprensión del marco conceptual de la física cuántica. Las nuevas categorías conceptuales y la reinterpretación de los eventos atómicos, tradicionalmente interpretados bajo el determinismo, rebasan nuestro sentido común. El principio de incertidumbre, donde la posición y la velocidad exacta de un electrón es imposible de ser descrito; la indeterminación del estado del electrón, donde el estado de éste se encuentra sobrepuesto en onda-partícula y la desigualdad de Bell, donde se demostró que ninguna teoría local determinista de variables ocultas puede reproducir todas las predicciones experimentales de la mecánica cuántica, son ejemplos de lo antes mencionado. Estos descubrimientos han puesto en entredicho el los principio de causalidad deterministas de la física clásica. El concepto de “realidad” ha tenido que ser reinterpretado, entendiendo que si bien existe una realidad independiente del sujeto ésta no es lo que perciben nuestros sentidos. La realidad física cuántica deviene actual en el momento de la observación, mientras que no lo es cuando no está siendo observada. Por lo que lo “real” es, en gran medida, potencial o indeterminado, susceptible de actualizaciones diversas según la interacción a la que se verá sometida por el observador. Este principio se ejemplificó con el experimento mental conocido como la paradoja de Erwin Schrödinger.

La paradoja trata de un gato encerrado en una caja de acero en el que hay una vasija cerrada con cianuro de hidrógeno (gas venenoso), amenazada por un martillo acoplado a un contador Geiger. Además, hay una fuente de átomos radiactivos, de manera que si se produce la desintegración radiactiva de algún átomo, el contador Geiger disparará el martillo, que romperá la vasija y, por consiguiente, el gato morirá. Bajo la lógica de la causalidad al finalizar el experimento veremos al gato vivo o muerto con un 50% de probabilidades de que suceda una cosa o la otra. Pero la interpretación de la física cuántica desafía nuestro sentido común.

El gato de Schrodinger
El gato de Schrodinger

En el mundo cuántico, el gato está vivo y muerto a la vez, y ambos estados son igual de reales. Por lo que al abrir la caja, la relación con el observador hará que sólo se vea vivo o muerto. Al referirnos al electrón éste mantiene al mismo tiempo su estado de onda y de partícula. Ambos estados no se excluyen sino que se superponen, como se superpondrían las ondas de agua en el charco. A escala atómica, ambas probabilidades se cumplen. Es la relación con la medición, su interacción con el observador, lo que hará que se observe un estado “real” determinado.

dualidad onda-partícula
dualidad onda-partícula

Sin embargo, no debemos olvidar que todas las observaciones de la física cuántica lo son de realidades cuánticas, que no están al alcance del conocimiento desnudo de los sentidos. Por esto, todas estas realidades no son ni pueden ser objetos de conocimiento directo. En palabras de Schrödinger, “la regularidad que se observa en la naturaleza inanimada se debe completamente al número tremendamente grande de procesos moleculares que cooperan entre sí”. Lo que observamos en la vida diaria es la interacción inimaginable de las partículas subatómicas y de los átomos. Los efectos cuánticos se desvanecen al tratar con partículas mayores que un átomo. Es por eso que buscar la capacidad de deliberación voluntaria y consciente del ser humano en los efectos cánticos es algo irrisorio e innecesario. Esto no quita que la Naturaleza meso y macrocósmica sea determinada. Además, es un absurdo pensar que la física cuántica ha retornado al idealismo-subjetivismo como algunos se han atrevido a señalar.

En el caso del ser humano, la libertad consiste en poder pensar una acción “en sí mismo” y llevarla a cabo. En el pensamiento se estarían expresando todos los atributos que luego son considerados como “conocimiento de causa”. El ejercicio voluntario y consciente de una acción pasa necesariamente tiene que pasar por el pensamiento. El pensamiento emerge de las estructuras cerebrales a partir de la unidad fundamental de información neuronal que se conoce como potencial de acción, denominado en inglés “spike” (espiga). La transformación de esta unidad de información en pensamiento o en comportamiento exigirá la participación de grandes partes del cerebro. Por ejemplo, en el caso de la información sensorial, la transformación de este flujo de información en representaciones mentales requerirá que la neocorteza la analice en las áreas sensoriales y la integre para que luego se forme una percepción que se desarrollará en las áreas de asociación temporal-parietal.

La probabilidad de que esta espiga, o unidad básica de información, se dispare dependerá de la actividad integrada de muchas uniones neuronales, inhibidoras o  excitadoras. El estímulo, todo o  nada, hará que se produzcan cambios en el voltaje a través de la membrana en el montículo del axón, lugar donde inicia el potencial de acción, la espiga. La complejidad de la conducta humana depende menos de la especialización de las neuronas individuales que del hecho de que un gran número de ellas forman circuitos anatómicos. Uno de los principios esenciales de la organización del cerebro es que neuronas con propiedades básicamente similares pueden producir acciones bastante diferentes según la forma en que estén conectadas entre sí así como con los receptores sensoriales y los músculos.

Desde hace años se vienen realizando investigaciones sobre lo que se conoce como “Interfaz Cerebro – Computador” (en inglés, Brain-Computer Interface, BCI). Esta tecnología permite obtener y procesar la actividad cerebral, lo que permite interpretar algunas señales cerebrales. Recientemente, una interfaz comunicó dos cerebros humanos, lo que permitió a una persona controlar el movimiento de otra. La técnica básicamente consiste en enviar un flujo unidireccional de información de un cerebro a otro. El experimento estuvo en manos de Rajesh Rao y Andrea Stocco, en la Universidad de Washington, USA.

Aplicación de cerebro-ordenador
Aplicación de cerebro-ordenador

Las fibras nerviosas se comportan como conductores eléctricos. Gracias a esta conductividad eléctrica el electroencefalograma puede registrar gráficamente la actividad eléctrica del cerebro. La actividad eléctrica regula la sincronización de la actividad neuronal mediante un ciclo de retroalimentación positiva, afectando el comportamiento de las mismas neuronas que la producen. Esto, en términos biofísicos, quiere decir que los campos eléctricos influyen en la actividad del cerebro, y que el cerebro al generar campos eléctricos durante su actividad intrínseca afecta su propia actividad. La actividad concertada o sincronizada de los impulsos eléctricos es lo que mide el electroencefalograma.

Frente a nosotros tenemos un excelentísimo ejemplo de cómo el pensamiento voluntario, actividad eléctrica-neuronal, ejerce una acción. El pensamiento de un individuo hizo que el cuerpo de otro individuo se moviera, en otras palabras, la voluntad de un individuo se impuso en el otro. Desde el punto de vista fisicalista, la conductividad eléctrica de un cerebro actuó en las estructuras neuronales del otro individuo e hizo que el cuerpo se moviera. El pensamiento de un individuo (representación emergente de la actividad neuronal), influyó en la actividad intrínseca de otro cerebro lo que afectó su propia actividad. El cerebelo, a través de las propiedades de las representaciones mentales de la corteza cerebral puede controlar el cuerpo sin la necesidad de retroalimentación sensorial[1].

Brain-Computer Interface
Brain-Computer Interface

[1] Nature.com/review/neuro, April 2008, Vol 9

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