Cervell. Xarxa Neuronal

La vida humana: L’experiència humana | El cos i el cervell | Psicologia Vides humanes | Qüestions

Introducció: on rau la vida mental? Antecedents Estudi a partir de lesions i mapes per histologia (Gazzaniga i Split brain) Ciències cognitives i Xarxes neuronals Mapes per imatge i connectomes Què passa al cervell) 3 xarxes [De la Xarxa neuronal a la vida mental]
Qüestions: Filosofia de la ment. Consciència com a propietat emergent. Un cervell en un pot . Realitat virtual i teràpia per chatbots . Consciència en màquines. Mind Upload. Dins del cap.
Museu Articles

On rau la vida mental?

Introducció

Anatomia Sistema nerviós i el cervell: el que veiem si obrim el crani i l’organisme, el cos com el d’un animal, que respira, per on circula la sang, que digereix alimenta, que es mou. Veiem a grans trets la regulació automàtica i el sistema somàtic.
Son i vígília, conscient i inconscient. La “vida mental”, que s’adona del món que té al voltant (percepció) , que es comunica amb el llenguatge, que té emocions, que té un projecte de què vol fer. On té lloc la vida mental? ( Memòria i estat mental sobre el “contingut” del cervell].

Aquí presentem què podem saber de què està passant als teixits del cervell, quins models tenim per entendre la correspondència entre els processos de la xarxa i la vida mental.
Hi ha una dificultat formidable, Com estudiar un sistema que té una entrada de l’ordre de 5M de punts d’entrada (la nostra interfase) i de l’ordre de 86 10⁹ neurones, 16 10⁹ en 6 capes al còrtex].

L’estudi per lesions ens informa de quines àrees estan relacionades amb determiandes funcions i capacitats.
Les ciències cognitives i el connexionisme estudien “els processos biològics subjacents a la cognició” i proposen models sobre com una xarxa funcionaria quant a percepció i aprenentatge inspirats per com tracten la informació dels ordinadors.
Les imatges del cervell ens permeten veure l’activitat de zones del cervell i fer mapes de les connexions.
El següent pas serà identificar les xarxes que predominen segons si estem fent una tasca amb atenció (DAN), anant en pilot automàtic, o considerant records i expectatives (DMN).

Antecedents

Es va tardar molt a pensar que la vida mental es basava en activitat al cervell. Aristòtil creia que la intel·ligència era al cor. Vesalius hauria estat el primer a pensar que el cervell i el sistema nerviós eren la base de la vida mental.

Frenologia
El 1819 Franz Joseph Gall (1758–1828) i el seu deixeble Spurzheim formular la hipòtesi que el cervell era la base de la vida mental i que tenia parts especialitzades en diferents funcions. La seva mida relativa indicava el força d’aquest “organ cerebral” i això es manifestava en la forma del crani. La intuïció que hi havia parts especialitzades era correcta però l’assignació de zones i funcions no es podia provar, se’n proposaven entre 27 i 40. Un dels seguidors va ser L.N Fowler (1811-1896) que va fabricar el model de cap frenològic. Cap el 1840 la teoria estava desacreditada.

Localització per lesions i histologia 1860-1950

Rembrandt. La lliçó d’anatomia del Dr. Deijman. 1656

Localització per lesions
Flourens va experimentar amb conills i coloms extirpant el cerebel, que afectava la coordinació muscular o els hemisferis cerebrals. El 1861 Broca localitza l’àrea de l’afàsia en un pacient que entenia el llenguatge però no podia pronunciar mots. Carl Wernicke el 1874 va localitzar una àrea que si estava afectada feia que els pacients parlessin sense sentit.

Histologia
Korbinian Brodmann (1868 – 1918) estudia al microscopi les cèl·lules de diferents parts del còrtex fent servir les tècniques de tinció de Nissl. Identifica 52 àrees que després es podran associar amb diferents funcions. [Això vol dir que les neurones s’especialitzen?] En particular tenim les àrees on es projecten els sentits:

soma, tacte i propioceptors: 1,2,3 [lòbuls parietals]
visual: 17, 18 19 [lòbul occipital]
audició: 41, 42 (lòbul temporal)
gust: 43
l’olfacte estaria al paleocórtex [i lòbul frontal]

(regions del cervell)

El treball de Brodman també va permetre establir que el córtex tenia 6 capes (CGPT):

Layer I (Molecular Layer): Contains few neurons and is mostly composed of dendrites and axons.
Layer II (External Granular Layer): Contains small, densely packed pyramidal neurons.
Layer III (External Pyramidal Layer): Composed of medium-sized pyramidal neurons.
Layer IV (Internal Granular Layer): Characterized by a high density of small, round neurons. This layer receives the majority of sensory input from the thalamus.
Layer V (Internal Pyramidal Layer): Contains large pyramidal neurons, some of which are the largest in the brain (e.g., Betz cells in the motor cortex).
Layer VI (Multiform Layer): Contains a mix of neuron types and sends outputs to the thalamus.

Gazzaniga, Hemisferis escindits
Sperry i Gazzaniga van estudiar pacients que tenien desconnectats els dos hemisferis com a resultat de tallar el cos callós per tractar casos d’epilèpsia. Els experiments posteriors van mostrar que els hemisferis processaven la informació de diferent manera [però les àrees de Brodman eren simètriques?]

“Who is in charge”.
La neurologia mostra que el cervell no és una tabula rasa que es configura per aprenentatge d’estímuls respostes sinó que al llarg de l’evolució s’ha anat especialitzant. Neixem amb un cervell altament configurat. Diferents àrees s’encarreguen de diferents tasques de manera de poder dur a terme ràpidament processos automàtics. Una de les raons és que en créixer el cervell, no totes les neurones poden estar connectades entre sí. L’hemisferi esquerre té un “intèrpret” que dóna raó de tota la informació que recull del que passa al cervell. La consciència és una propietat emergent que arriba després que hagi passat el subprocés neuronal.

Resum

Sistema nerviós Cordats i cervell trino. Anatomia: Sistema nerviós Fisiologia: Sistema nerviós central.

Al final tenim 86 10⁹ neurones, entre les 6 capes del còrtex, 31 parells de nervis que formen el sistema nerviós autònom (simpàtic i parasimpàtic) i el somàtic (sensibilitat 3neurones i motor 2 neurones).

Ciències cognitives i Xarxes Neuronals artificials

[Entre els teixits cerebrals i les neurones, els models del cervell que a sistema que processa informació,

1956 La revolució cognitiva (Ha Psicologia: Cognitivisme )
Les troballes de la neurociència es van afegir als esforços d’altres disciplines que volien entendre la cognició humana [per dins] sense limitar-se als observables estímul-resposta que era el mètode de treball dels conductistes. (WK) Es tractava d’entendre la percepció, aprenentatge, memòria, atenció, llenguatge i raonament, recollint aportacions de la neurociència, intel·ligència artificial, psicologia, filosofia i antropologia. [sobretot la metàfora de l’ordinador].
George A. Miller, The Magical Number Seven, Plus or Minus Two“, sobre els límits dels objectes que podem percebre. Nom Chomsky des de la lingüística va argumentar a favor d’una capacitat innata pel llenguatge Syntactic Structures . Des de la intel·ligència artificial, Nevell, Shaw i Simon van proposar una teoria de com solucionava problemes la ment humana: Elements of a Theory of Human Problem Solving. El 1977 es funda el Journal Cognitive Science. Durant els 70s i primers 80s, la AI, ex. Marvin Minsky, intenta formalitzar la solució de problemes amb programes de manipulació de símbols com LISP. Aquest plantejament tenia limitacions per simular la percepció.
En principi les anomenades “ciències cognitives” pretenien abastar qualsevol “operació o estructura mental que es pugui estudiar amb precisió (Lakoff and Johnson, 1999), i per tant abasten AI, percepció, memòria, llenguatge (sintaxi, Lakoff i Johnson i la metàfora), el paper del cos en la cognició (Varela, The embodied Mind), i consciència.
A més dels experiments de conducta tradicionals, incorporen els resultats de la neurobiologia, simulacions de les operacions de la ment simbòliques i subsimbòliques (el PDP), i discussions de la filosofia de la ment [a la qual vaig dedicar la tesina mirant d’argumentar la limitació del seu plantejament com a manera d’entendre la condició humana: Els exemples en la filosofia de la ment.

1960 Primeres Xarxes neuronals
1990 Connexionisme : Hebb. Perceptron. Parallel Distributed Processing. Representacions distribuïdes.

201x La implementació de xarxes neuronals Aprenentatge automàtic (Deep learning)
Us de targetes gràfiques per treballar en paral·lel processant tensors.

Imatges i mapes del cervell

Tècniques

1967 Xenon CT Scan. (Godfrey Houndsfield). El pacient gas xenon que farà contrastar les àrees segons el nivell de flux sanguini.
1970 Magnetoencephalography. MEG, un casc que detecta ions carregats movent-se entre cèl·lules.
1974 Positron emission tomography. PET scan. (William Sweet, Michael Phelp). El pacient és injectat amb amb una substància radioactiva que s’adherirà a una substància determinada del teixit que es vol estudiar creant positrons que seran recollits per una càmera.
1973 Ressonància magnètica, MRI (Jackson, Damadian, Lauterbur, Mansfield). Se situa el cos dins d’un camp magnètic i s’exciten els teixits per radiofreqüència. Quan els protons tornen a la posició de repòs emeten una radiofreqüència que és recollida per unes bobines. Hi ha emissors de gradient per situar les coordenades Z, X, Y. La informació és processada per un ordinador per generar una “foto” 3D detallada amb la posició, la mida i la forma dels teixits (matèria grisa, blanca, tumors). [no “s’il·umina” el teixit, es captura la “llum” que emet ell mateix]. La seva principal indicació és descartar patologies orgàniques. Quan un pacient arriba a un hospital amb símptomes psiquiàtrics (com un canvi sobtat de conducta, un primer brot psicòtic o un fort mal de cap), el primer que es fa és un MRI estructural per assegurar-se que no hi ha una “causa física”, com un tumor cerebral, una inflamació o una lesió. Un voxel típic seria de 1x1x3 (x, y, z). És la màquina estàndar dels hospitals.
1990 fMRI. Com que quan s’activa una part del cervell augmenta la necessitat d’oxígen, aquest increment altera el camp magnètic del voltant. Comparant els canvis en escaneigs successius, [si la “foto” s’ha mogut. No hi ha una física diferent del MRI sinó una capa d’anàlisi d’informació suplementària], puc assenyalar els punts que tenien activitat. Ho tenen només els hospitals terciaris i serveix, per exemple, per afinar quina part del cervell es pot extirpar sense afectar una determinada funció com el llenguatge, per exemple. També servirà per identificar a nivell general, quines zones del cervell estan actives quan fem una tasca que requereix atenció, o quan estem somiant desperts (Default Node Network, Dorsal Attention network).
fNIRS (functional near infrared Scan) Consisteix en un casc amb una sèrie d’electrodes que projecten llum infraroja (650-1000 nm) al cuir cabellut. Aquesta freqüència, travessa el crani i penetra uns 1-3 cm dins l’escorça cerebral. Segons si la sang està oxigenada (HbO) o no(HbR), llum és absorbida de manera diferent. Com que l’activitat neuronal augmenta la demanda d’oxigen, es produeix un canvi local en la concentració d’HbO i HbR. El fNIRS capta aquests canvis, permetent-nos inferir quines regions s’han activat durant una tasca concreta. La seva resolució espacial (d’uns 2-3 cm) està entre la de l’EEG (baixa) i la de la fMRI (alta). Tot i que no és tan precís com la fMRI per definir el límit exacte d’una àrea, és molt útil per estudis de moviment o en nens, on la fMRI és impossible. Estudis amb tasques de tocar el polze (finger-tapping) han mostrat que es poden reconstruir mapes d’activació cortical molt similars als de la fMRI, demostrant que la tècnica identifica correctament l’escorça motora. Cada sensor té un cert nombre de canals per la llum entra i surt, això permet fer “un mapa” prou aproximat. Fent servir matrius molt denses de sensors, la tomografia Òptica Difusa (DOT) pot reconstruir imatges en 3D de l’activació cerebral.
El 1993 es va descobrir que podien recollir l’activació de diferents àrees. Actualment existeixen sistemes portàtils i sense fil amb centenars de canals que permeten estudi en moviments molt lliures. (És el mateix principi dels oxímetres que ens posem al dit o el Suunto quan mesura el % d’oxígen a la san(.

Aparell i escan MRI

Més: The Science of Mind reading, NY 2021/12/06 Amb l’ajuda de la AI les imatges de fMRI permeten establir la correspondència entre què es pensa (reconeixement imatge, paraula) i la configuració de la xarxa neuronal.

Projectes
2003 Allen Brain Atlas, per mapejar l’expressió de gens en els cervells de ratolins i humans.
2005 Blue Brain Project, Suïssa. Reconstrucció digital del cervell d’un mamífer. EL projectees va revelar massa ambiciós, matemàticament havia de treballar en 11 dimensions i recórrer a topologia algebraica.
2008 Neuroscience Information Framework (NIF). repositori de diferents bases de dades sobre el cervell.
2009 Human Connectome Project (HCP), National Institutes of Health (NIH) i Oxford per mapejar les connexions del cervell.
2013 Brain Research through Advancing Innovative Neurotechnologies (BRAIN) Initiative (USA) per entendre el cervell a través demapes d’imatge i models neuronals.
2013-2023 Human Brain Project (HBP), Europa. Mapes i simulacions. Seguit del EBRAINS. (Visualitzador de les àrees).

Connectomes
L’exploració de les imatges permet estudiar com està “cablejat” el cervell.

(Connectomics) “com contribueixen a la xarxa la connectivitat estructural, les sinapsis individuals, la morfologia cel·lular i l’ultraestructura cel·lular. El sistema nerviós està format per bilions de connexions, i questes connexions són responsables dels nostres pensaments, emocions, accions, memòries, funcions i disfuncions”. Els mapes poden ser a escala general, entre les àrees del cervell o, en petits organismes, descrivint totes les connexions a microescala amb grafs on cada neurona és un node. A escala macroelsnodes són determinades regions (ROI, regions of interest), i les línies corresponen als axons connectant aquestes àrees.

Una de les maneres de representar-ho són els connectogrames, introduits el 2012, que dibuixen en dues dimensions les àrees d’interès del cervell (ROIs) en una circumferència que on s’agrupen en els dos hemisferis, lòbul frontal, còrtex insular, lòbul límbic, lòbul temporal, lòbul parietal, lòbul occipital, estrtuctures subcorticals, cerebel·lum i tronc cerebral. Els ROIs varien segons l’atles del cervell que es faci servir.

2024 Mapa del cervell d’una mosca amb 130m cèl·lules i 50M de connexions. (BBC).

Neurones mirall
Els 1990s Giacomo Rizzolati, en un experiment amb macacos va descobrir que certes neurones s’activaven, no només quan el mico feia una acció determinada, sinó també quan observaven un altre mico o un humà fer la mateixa acció. Tindrien la funció d’entendre i empatitzar amb les accions dels altres, i aprendre per imitació.

Què passa al cervell?

Tres xarxes

Als anys 90 es feia servir la fMRI per observar les regions activades quan es feia una tasca. Es va observar que hi havia regions que baixaven l’activitat quan la gent feia una tasca però que pujaven quan no feien res (repòs). Marcus Raichle (2001), que introdueix el concepte de Default Mode Network (DMN). [Al cervell estan passant coses encara que no estigui atent a estímuls exteriors ni executant cap tasca]. A la dècada següent es fan mapes globals (Yeo, Menon). Es proposa un model de tres xarxes (Triple Network Model, Menon, 2011) on s’alterna entre treballar cap enfora amb la Dorsal Attention Network (DAN) o cap endins (DMN), governat per la Salience Network (SN)

Default Mode Network (DMN, ventral, task-negative)
Regions principals: còrtex prefrontal medial, còrtex cingulat posterior, precuneus, lòbuls parietals. Pensament autoreferencial i memòria autobiogràfica. S’associa amb la introspecció, el pensament espontani, el divagar mental, la simulació de futurs possibles i la consolidació de records personals. Avui, la DMN és considerada essencial per entendre com la ment construeix una narrativa interna i com s’organitza el flux de pensament espontani. Estudis sobre el seu acoblament i desacoblament amb altres xarxes revelen com el cervell alterna entre enfocament extern i intern. Alteracions en la connectivitat de la DMN s’han vinculat a desordres com la depressió major (rumiació persistent), la malaltia d’Alzheimer (desconnexió neuronal) i la psicosi. Comprendre aquests patrons pot guiar noves teràpies neuromoduladores i estratègies per millorar l’atenció i el benestar mental.
Dorsal Attention Network (frontoparietal, DAN, task positive)
Activa quan hi ha atenció als estímuls rellevants [sobretot visuals] i orientació cap a objectius. êr exemple, llegir o localitzar algú en un grup.
La Salience Network
Integra senyals interns i externs per determinar quins estímuls són rellevants i per dirigir l’atenció i la conducta. Les seves regions centrals són la ínsula anterior i el còrtex cingulat anterior, amb connexions cap a estructures límbiques i subcorticals com l’amígdala, l’estriat ventral i el tàlem. S’activa davant estímuls que requereixen una resposta immediata —un soroll amenaçador o una oportunitat inesperada— i inhibeix la xarxa activa en aquell moment per activar-ne una altra més adequada. Aquest mecanisme actua com un “commutador” entre la DMN i la DAN. La seva funció de detecció de rellevància és essencial per a la supervivència i l’adaptació, ja que permet centrar els recursos cognitius en el que és important. Alteracions en la seva activitat o connectivitat s’han relacionat amb diversos trastorns neuropsiquiàtrics: hipersensibilitat a estímuls en l’ansietat, detecció aberrant de saliència en l’esquizofrènia i dificultat de canvi d’atenció en la depressió o el TDAH. [per tant sempre està escoltant. una mica com l’interrupt handler de les irq’s dels ordinadors. Cal tenir present que, a diferència dels ordinadors, el gestor d’interrupcions no és rígid i es pot modificar amb l’entrenamenmt.]

La xarxes no són mútuament excloents ni compartiments fixes. Canvien segons la tasca el context i l’estat mental. Però la idea general que quan una puja l’altra es retira -alments parcialment-, és correcta. Per exemple, podem conduir i pensar en les vacances alhora, però si la conducció es torna més complicada, ens centrarem en la carretera.

A més s’han identificat:

Frontoparietal Control Network (FPCN): Control cognitiu flexible. Presa de decisions. Com un gestor que integra la DMN i DAN podent treballar amb les dues.
Xarxes sensorials (visió, audició, etc.). Funcionen en paral·lel amb DAN processant els estímuls.
Xarxa sensoriomotora: Moviment, hàbits motors, pilot automàtic.

L’esquema seria:

DMN → “què significa això per mi?”
DAN → “a què he de prestar atenció ara?”
SN → “això és important o no?”
FPCN → “com ho gestiono?”

Activitat, xarxes i ones

(CGPT) Les diferents oscil·lacions del cervell (ones EEG) representarien la sincronització dels senyals de les neurones. Van de l’ordre de segons en el son profund (0.5Hz) a 30 ms (30Hz) en l’estat d’alerta. Les transicions poden ser ràpides en ms.

Dorsal Attention Network (DAN): Ones gamma (>30 Hz), processament actiu d’informació, binding perceptiu i atenció focalitzada externa. Ones beta (13–30 Hz), reflecteixen estats d’alerta i processament cognitiu actiu. Un augment de beta sovint coincideix amb la supressió de la DMN i l’activació de xarxes atencionals.
DMN: Ones alfa (8–12 Hz), especialment en regions posteriors (parietal-occipital) i medials, s’associa amb l’activació de la DMN i la desconnexió del món extern. Quan “desconnectem” i pensem en nosaltres mateixos, l’alfa puja. Ones theta (4–8 Hz): mostra activitat theta durant memòria autobiogràfica i processament intern.
Salience Network (SN): Ones theta (4–8 Hz): El còrtex cingulat anterior és un generador theta important. L’activitat theta frontal midline s’associa directament amb la detecció de conflictes i la saliència d’estímuls. Ones beta baixes (13–20 Hz): Apareixen durant l’avaluació ràpida de rellevància d’un estímul. Components ERP (P300, N2): Més que una banda sostinguda, la SN es reflecteix en potencials evocats de latència curta quan apareix un estímul inesperat o emocionalment rellevant.
Frontoparietal Network (FPN) — també anomenada Central Executive Network: Ones theta frontals (4–8 Hz): Molt marcades durant càrrega de memòria de treball. Com més difícil la tasca, més theta prefrontal. Ones gamma (30–80 Hz): Associades a la manipulació activa d’informació a la memòria de treball i sincronització prefrontal-parietal. Ones beta (13–30 Hz): Reflexen el manteniment d’informació i el control top-down sobre altres regions.

Així, de l’estat d’alerta al son profund tenim un alentiment de les ones (el son REM té un patró similar a la vigília però amb atonia muscular:

Vigília atenta (DAN → Ones gamma (>30 Hz) i beta (13-30 Hz)
Vigília relaxada → Ones alfa (8-12 Hz)
N1 (son superficial) → Ones theta (4-7 Hz) + ones vertex
N2 → Complexos K i fusos de son (no només complexos K)
N3 (son profund) → Ones delta (>75 μV, 0.5-4 Hz) ocupant >20% del lapse

Estats mentals

Als anys 1960 Robert E. Ornstein va introduir el concepte de “perceptual moments” indicant que la consiciència estava dividida en unitats discretes de l’ordre de 100 ms. Estudis posteriors amb EEG i fMRI mostren un lapse de 300 ms entre un estímul i la decisió que desencadena. Estudis sobre com processem informació visual suggereixen que el cervell treu “fotos” cada 70-100ms (VanRullen and Koch 2003, Holcombe 2009, Eagleman and Pariyadath 2009). Tenim la percepció d’un corrent continu per la ràpida successió d’esdeveniments discrets.

El cervell commutaria entre 4–6 configuracions topogràfiques estables (“microestats”) amb una durada de 60–120 ms per microestat individual.
Els episodis on domina una xarxa solen tenir una durada de 10–30 segons en repòs; pot durar minuts en introspecció profunda per la DMN, i de 5–15 segons durant atenció activa sostenida (DAN). La Salience Network té un mode latent de vigilància baix i continu, monitoritzant passivament l’entorn i els estats interns, unes one stheta que estan en segon pla, i un pic de 0.5 segons quan intervé per fer d’interruptor.

DMN activa
↓
SN detecta estímul rellevant → PIC d’activació breu
↓
SN inhibeix DMN + activa DAN o FPN
↓
SN torna a mode latent de vigilància

S’estima que un 47% del temps estem en mode DMN, és a dir que els nostres pensaments no depenen dels estímuls ni de la tasca que estem duent a terme. Els episodis de “somiar despert” són breus, menys d’un minuts abans de tornar a la tasca o canviar de tema (Christoff et al. 2009).
En tasques cognitives, canviem de focus entre segons o minuts. ( 47s mirant una pantalla, La batalla per l’atenció i la contemplació de l’art).
Les emocions poden anar de minuts a hores (Verduyn and Lavrijsen 2015). Les reaccions intenses a estímuls exteriors poden durar només uns segons mentre que els estats d’ànim es poden perllongar més enllà d’hores (Davidson 1998).
Quan conduïm per una ruta fàcil, per exemple anant per autopista i pensant en les vacances tindríem un estat mixte amb les dues xarxes, estem alerta al trànsit però alhora podem estar pensant en les vacances.

Les xarxes en el son:

Vigília: S’alternen DAN i DMN governades per la SN
Son profund: DAN silenciada i SN reduïda amb un llindar molt alt (no ens desperten els sorolls), DMN sincronitzada. Hi ha una neteja metabòlica del cervell i consolidació de memòria declarativa de l’hipocamp al Córtex
Son REM: DAN anulada (atonia muscular), Amígdala hiperactivada (emocions intenses), DMN molt activa (narrativa dels somnis), Córtex visual actiu (imatges dels somnis), Prefrontal desactivat, sense pensament crític. (Integració emocional, consolidació memòria procedural).

L’experiència de viure una ficció en literatur o cinema.

En situacions ordinàries, DAN i DMN funcionen en anticorrelació: quan una puja, l’altra baixa. Però durant la immersió en una narrativa —film, novel·la, videojoc— s’ha observat que aquesta oposició es relaxa, les dues xarxes estan actives alhora.

Transportation narrativa (terme de Melanie Green i Timothy Brock, anys 2000): l’estat mental en què “entres” a la història. Es caracteritza per suspensió parcial del context real, reducció de pensament crític, i activació simultània d’atenció externa (seguir la trama) i simulació interna (imaginar-te en escena). Els estudis de neuroimatge mostren activació concurrent de regions de la DMN —especialment el *medial prefrontal cortex* i el *precuneus*— mentre la DAN segueix activa per processar els estímuls visuals o textuals.
Simulació encarnada i neurones mirall: quan t’imagines en l’escena, el cervell activa parcialment els mateixos circuits motors i emocionals que si ho estiguessis vivint. Hi ha estudis amb fMRI que mostren que llegir “agafar una tassa” activa l’àrea motora corresponent.

Default Mode Network i mentalització: part de la DMN, concretament la xarxa de mentalització (“Theory of Mind network”), s’activa molt quan interpretem motivacions i emocions dels personatges. Uri Hasson (Princeton) ha mostrat amb fMRI que quan dues persones escolten la mateixa narració, els seus cervells es sincronitzen en regions de DMN —un fenomen que ha anomenat “neural coupling”.

Quan no sols segueixes la història sinó que et fons amb un personatge (“character identification”), entra un element addicional: el “self-referential processing”, que és precisament una funció central de la DMN. El “medial prefrontal cortex” processa tant “qui soc jo” com “com és aquest personatge” —i quan la identificació és alta, aquestes representacions se superposen. Estudis de Raymond Mar han mostrat que les persones que llegeixen molta ficció literària puntuen més alt en empatia i “Theory of Mind”, probablement per aquest entrenament constant de la xarxa de mentalització.
Alguns neurocientífics com David Eagleman i Stanislas Dehaene han suggerit que aquest estat és, en cert sentit, un assaig de realitat: el cervell practica escenaris, emocions i decisions en un entorn segur. Potser per això la narrativa és universal en totes les cultures humanes conegudes.

[De la xarxa neuronal a la vida mental]

Recordar què vaig fer ahir, decidir quina roba em posaré i agafar-la a l’armari, és vida mental. Respirar, els batecs del cor, no ho són. A què anomenem vida mental? Tenim l’activitat del cos, amb el sistema nerviós autònom, tenim el que passa al cervell (l’activitat de la xarxa neuronal), i després tenim tota l’experiència conscient. Fins a quin punt tota l’activitat no conscient, perceptiva i automàtica (i potser afectiva), és vida mental? Aleshores la consciència només n’és una part que emergeix? (la vida de la ment a psicologia).

Quina activitat de la xarxa és vida mental? i quina part d’aquesta és conscient?”De la mateixa manera que els mapes de carreteres de la terra no ens diuen quins vehicles hi circulen i què porten, la connectivitat anatòmica de les neurones no ens diu a quin estat de consciència correspon] (wk).

[Sabem que la xarxa reacciona als estímuls en blocs discrets d’uns 100ms (supra), sabem que alternem l’atenció amb el son (Despert, adormit, ritme circadiari ). Sabem que durant l’estat d’atenció s’alternen estones de focus i estones en que anem en “pilot automàtic (supra). L’estudi de la percepció ens diu que percebem objectes integrats i no un conjunt de qualitats rebudes pels sentits, la qual cosa voldria dir la que la xarxa els integra de manera inconscient. [La nostra memòria és inconscient, no tenim consciència de tot el que podem recordar]. Freud va tractar de la vida afectiva inconscient.

Xarxes i consciència

[Seríem conscients de les tasques que fem en atenció (DAN) i d’una petita part de l’activitat de la DMN, bàsicament la de somniar despert]

La DMN genera una quantitat enorme d’activitat que mai no arriba a la consciència explícita. Es calcula que només una fracció molt petita del processament cerebral total emergeix com a contingut conscient. La major part de l’activitat DMN és processament implícit i automàtic: prediccions, consolidació de memòria, simulacions futures, regulació emocional basal. Els episodis de mind-wandering conscient (el que experimentem com “pensament espontani”) representen probablement una minoria dels cicles DMN totals. S’especula que només un 15% emergiria a la consciència. La Salience Network actuaria com a porteria. Només els continguts que superen un llindar de rellevància reben el “passaport” cap a la consciència.

Segons la Global Workspace Theory (Baars, Dehaene) un contingut es fa conscient quan és difon globalment a través d’una xarxa frontal-parietal àmplia. La majoria de l’activitat DMN queda confinada localment i mai no arriba a aquest espai global.

La part que arriba és la que anomenem “mind-wandering”, somniar despert. Els estudis amb experience sampling (interrompre persones aleatòriament i preguntar-los en què pensaven) troben que les persones estan en mode mind-wandering entre el 30–50% del temps de vigília. Però fins i tot dins d’aquests episodis, molts pensaments s’esvaeixen sense ser recordats, suggeriant que hi ha nivells intermedis entre “inconscient” i “plenament conscient”.
La DMN té cicles ultradians (~90 min) i la seva activitat varia durant el son. Una gran part de la seva feina passa durant el son NREM i REM, completament fora de la consciència.

[No se sap, o no em queda clar, quina part de tots els processos inconscients són tractament d’informació sensorial i execució motora, i quina part correspon a records, expectatives i creació d’una narració coherent]. Recordem, a més, els experiments de Libet (anys 80) que van mostrar que la preparació neuronal per a un moviment comença 300–500 ms abans que la persona tingui consciència d’intenció de moure’s.
Metzinger argumenta que la DMN podria ser el substrat del “self model” implícit: la representació contínua i automàtica de nosaltres mateixos que no necessita ser conscient per funcionar. El “jo” que experimentem conscientemente seria només la punta d’un iceberg d’automodelatge continu i majoritàriament inconscient.

[No sabem ben bé què som, ja que el que ens constitueix no ens és accessible. I si atenem al model de l’escenari de la Global Work Space Theory, resulta a més que, en els somnis, hi ah un altre escenari al qual no podem assistir com a espectadors. És a dir, no sabem com es prepara la representació que explica la nostra vida, i no sabem res de la representació alternativa. Si Hume havia fet notar la fragilitat de la noció del “jo”, construïda sobre un seguit de sensacions, ara sabem que passen moltes més coses a banda d’aquesta sensacions que podem “observar” introspectivament. La meva experiència és només un tros de mi mateix]. (el jo, invariants, continuïtat narrativa).

Qüestions

Filosofia de la ment
Tal com es diu a [De la Xarxa neuronal a la vida mental] tenir el “mapa” del cablejat de la ment ens permet fer el pas a saber què passa ala vida mental. Com a molt podem fer llistes de correspondències. [L’estudi del cervell per lesions seria una mica com si bombardejo les plantes de Caixabank. Si no van les transferències, és que estaven en aquell pis. I ara amb les imatges, és com si quan es treballa molt a marketing veiem la planta 13 il·luminada.
La Filosofia de la ment hauria aparegut per pensar la condició després dels avenços de la neurobiologia i de la metàfora del computador.

El problema de la ment i el cos [Dues substàncies, dos aspectes d’una mateixa realitat, què és el rellevant, l’informe de neurones, o l’informe d’estats mentals] Consciència, ment, matèria
- Ghost in the machine: Des del llenguatge Ryle adverteix de l’error de pensar la ment com un fantasma que opera la màquina del cos (Fritz Khan).
- La Central-state Identity Theory de J.J.C Smart i David Armstrong estableix que un estat mental i una configuració neuronal són el mateix, [quedaria pendent trobar la correspondència i explicar l’emergència de l’experiència conscient.]
- Funcionalisme [i multiple realization] el que caracteritza un estat mental és la seva funció, per exemple “tenir set”, mentre que el corresponent estat físic [no forçosament neuronal] podria no ser únic. Només ens interessa com un estat mental en ausa un altre. El “Type physicalism” identifica .un estat mental amb una configuració neuronal. El “Token physicalism” considera altres bases físiques, per exemple organismes basats en silici en lloc de carboni. No pot del detall dels qualia. En el problema de l’espectre invertit, diferents qualitats com vermell i verd podrien tenir el mateix resultat). I tampoc de les representacions; dos estats mentals a que es refereixin a diferents referents, podrien tenir el mateix paper funcional (1975 Putnam Twin Earth).
- Connexionisme i eliminativisme. [L’únic rellevant és la configuració neuronal i això és que cal estudiar. La noció que tenimdesigs i intencions que ens duen a cometre accions serien concepcions populars (Folk Psychology) [equivalents a les creences animistes) que seria millor eliminar (Eliminative materialism Churchlands, Dennet) [per mi es corresponen a invariants d’alt nivell].
- Mental causation [com poden tenir efectes físics els estats mentals? [i les idees, per exemple la indignació per la mort d’unes nenes a mans d’un inmigrant
- Pot tenir consciència un robot?
Consciència i Qualia. [L’experiència subjectiva de les qualitats, es pot reduir a explicacions funcionals o neuronals?. 1974 Nagel What is like to be a bat. Chalmers, The Hard Problem of Consciousness]
Intencionality. Els estats mentals, ¿Com poden referir, o representar coses [del món exterior?]
Identitat personal. Què fa que un individu sigui la mateixa persona al llarg de diferents canvis del cos i d’estats mentals? [narrativitat]
Llibertat i determinisme. Les accions, vénen determinades pels estats mentals/neuronals? i per tant el lliure albir és una il·lusió?

La consciència com a propietat emergent

Nivells de complexitat i emergència de propietats (Gazzaniga). La psique com a conjunt de forces

Cervell desconnectat. Brain in a vat. Matrix. Realitat virtual. Paraplègics.
Si la part essencial de la vida humana és la vida mental, podem imaginar un cervell en un pot connectat a un ordinador que simula tots els senyals (Hilary Putnam, 1981, “Reason, Truth, and History.”). L’experiència d’aquest cervell seria indistingible de la d’un cos que interacciona amb el món real. ´Quant l fet que la ment s’enganyi sobre el món exterior, es tracta d’una nova versió de la il·lusió de Maia dels hindús, l’al·legoria de la cova de Plató, el somni de la papallona de Zhuangzi o el dimoni de Descartes. El film “The Matrix” de 1999 també planteja un escenari on els humans “viuen” vides fictícies connectades a unes màquines que els extreuen energia. [En les discussions sobre si l’experiència és indistingible o no, no hi trobo una referència a que, tot i acceptar que sigui possible i que l’experiència d’aquest cervell sigui indistingible, es tracta d’un escenari insostenible per la feinada a preparar tot el cablejat i complex metabolisme i rec sanguini.]
Realitat virtual: Les ulleres de realitat virtual, en particular les d’Apple permeten una experiència que barreja el informació amb altra generada artificialement, i s’aproximen a la idea del “Brain in a Vat”. Els que passen moltes hores amb les ulleres de realitat augmentada quan tornen tenen la percepció distorsionada. (2024 Business insider).
La reflexió de la embodied cognition és que la cognició no es pot entendre com un cervell aïllat sinó que està integrada en tot el cos. Al mateix temps, quan el cos s’ha desconnectat per algun accident, hi ha recerca per connectar-hi d’una altra manera: L’empresa Neurolink d’Elon Musk ha aconseguit implantar un xip wireless amb 64 connexions al cervell per estimular àrees de moviment de pacients amb ferides. BBC La idea final és una simbiosi home/AI [i màquina] BBC Peter Scott, Cyborg . Un implant permet controlar el cursor d’un ordinador (BBC).

Viure en la ficció de la realitat virtual, teràpia per chatbots
[De sempre, somniar despert, la ficció en la literatura, el cinema i els vídeojocs, ens han permès viure en una ficció. Però n’hi havia prou amb aixecar la mirada de la pàgina, o de la pantalla, per trobar una realitat diferent. La tecnologia de les ulleres de realitat virtual, en particular l’Apple Vision, permeten una experiència molt més immersiva que gairebé s’acosta al que concebia l’experiment del cervell en un pot. També la tecnologia actual permet crear uns escenaris realistes lluny dels 4 colors dels jocs dels anys 80. Podria ser que preferíssim aquesta experiència a la real. L’addicció al joc, per exemple, nens que deixen de dormir per seguir jugant, ha portat a judici a empreses com Epic games, creadora de Fornite (BBC ).

Al Japó i Corea i podria haver fins a 1M de joves que s’han tancat en una cambra d’on no surten i passen bona part de la seva vida online. Al Japó s’anomenen Hikikomori. [però no és una vida sostenible ja que algú els ha de proveir de menjar. Podem imaginar una distòpia en que els robots fan tota la feina i els humans estan a casa submergits en una aventura virtual, en una nova versió de l’experiment de Olds i Milner d’estimulació dels centres gratificants del cervell, renunciant a l’autèntic (identitat i bucle). En un altre vessant, la gratificació del reconeixement a les xarxes socials també pot resultar més atractiva que la vida silenciosa i pot acabar en una addicció (Internet addiction disorder).
Una darrera possibilitat de viure una experiència artificial és la relació amb un programa com si fos una persona. Els humans són maleducats i grollers, i els assistents artificials, des de Siri als iphones, Alexa d’Amazon, la la veu agradable del GPS al cotxe. A Her (Spike Jonze 2013), Joachim Phoenix s’enamora del seu assistent virtual. Hi ha una versió modificada de ChatGPT amb qui es pot mantenir un diàleg com si fos una parella romàntica (BBC).
Teràpia amb un programa. L’èxit del programa Eliza el 1966 va sorprendre el seu creador Joseph Weizenbaum. Inicialment consistia en un programa de llenguatge que convertia en preguntes les respostes del pacient simulant un terapeuta rogerià. Dels 70s al 2000 es va posar en marxa teràpia remota, els pacients interaccionaven amb una pantalla però darrere encara hi havia un terapeuta humà. La Cognitive Behavioral Therapy (CBT) es va adaptar a plataformes web com MoodGYM (2001) i Beating the Blues. Els 2010s amb els mòbils van aparèixer moltes apps per fer exercicis terapèutics i meditació. (Headspace, Calm). Amb la AI es pot començar a fer teràpia personalitzada,
Woebot i Wysa i el CHatGPT (Nature, makeuseof).
2025 Bon comportament de DeepSeek com a terapeuta.

Consciència en màquines
Les màquines poden ser intel·ligents (AI). Si la vida mental i la consciència no requereixen un suport orgànic, podem pensar en robots conscients i amb emocions. No és evident perquè no sabem ben bé què és la consciència ni l’experiència de sentir qualitats. Per a les emocions i consciència no tenim cap test equivalent al de Turing ( CHatGPT ha passat amb èxit diferents exàmens, Business Insider), com seria el Voigt-Kampff test que apareix a Blade Runner.
En el terreny de la ficció, la qüestió ha fascinat de fa temps. Frankenstein” de Mary Shelley (1818). R.U.R. (Rossum’s Universal Robots)” de Karel Čapek (1920). Metropolis” de Fritz Lang (1927). “I, Robot” de Isaac Asimov (1950). “Do Androids Dream of Electric Sheep?” de Philip K. Dick (1968) que inspirarà “Blade Runner” de Ridley Scott el 1982 .”2001: A Space Odyssey” de Arthur C. Clarke (1968) amb l’ordinador HAL 9000. “Neuromancer” de William Gibson (1984). “The Moon is a Harsh Mistress” de Robert A. Heinlein (1966).”A.I. Artificial Intelligence” Steven Spielberg (2001).”Ex Machina” Alex Garland (2014). “Westworld” (2016). “Ghost in the Shell” de Masamune Shirow (1989).
(

Simulació de la vida mental en una computadora
Si la nostra vida mental consisteix en l’activitat d’una xarxa podríem reproduir-la en una xarxa de nodes de silici? El Blue Brain Project, de 2005 va intentar simular el cervell d’un ratolí.
Si això fos possible en el cas d’humans podríem volcar la nostra ment a un ordinador i esdevenir immortals. (Mind Uploading). [és clar que aquesta ment voldria seguir fent coses com a cos, i això ja no seria possible sense una interfase que simulés el món, les imatges, les olores, com en el cas del Brain in a Vat.

Dins del cap: Localitzar la vida mental al cervell ens fa imaginar el cap com un espai on homúnculs duen a terme operacions:

Jeff Hoke: Architecture of imagination

Un sistema nerviós diferent?

Suposem que estudiem el cervell i el sistema nerviós humà com si fos l’arquitectura d’un ordinador. Observarem que és una arquitectura molt complexa, amb diferents centres de procés interconnectats, processos independents (sistema nerviós autònom, cerebel), processos de control homeostàtic (hipotàlem), un flux d’informació i integració d’informació projectat als lòbuls, un centre de presa de decisions, etc. Aquesta extraordinàriament complexa arquitectura és la que ens donat l’evolució. La pregunta és si hi ha algú que hagi intentat fet l’exercici teòric de replantejar aquesta arquitectura de zero. Afegiríem altres sensors els simplificaríem? El faríem més modular, més centralitzat? Algú s’ha atrevit a “validar” aquesta arquitectura i concloure que és la millor que podíem tenir?
David Sloan Wilson, Daniel Dennett i sobretot Gary Marcus (“Kluge” 2008) han documentat sistemàticament les “males decisions de disseny” del cervell humà: El nervi recurrent laringi que fa un llarg recorregut innecessari. El punt cec de la retina (els cefalòpodes no el tenen). La memòria declarativa tremendament fal·lible. Els biaixos cognitius com artefactes d’heurístiques antigues.
Probablement es mantindria la modularitat que fa el sistema tolerant a fallades, el processament paral·lel massiu i la plasticitat sinàptica (aprenentatge continu). En canvi probablement hi hauria menys redundància estructural heretada de rèptils i mamífers primitius (el sistema límbic interferint amb el neocòrtex és una font enorme d’errors), millor integració temporal (la memòria humana és sorprenentment volàtil i sensible a interferències), sensors ampliats o reformats (l’ull és òpticament inferior a molts animals; tampoc tenim percepció magnètica, infraroig, ultrasunet…), millor metacognició nativa (som molt dolents avaluant la nostra pròpia fiabilitat).

Es debat si la consciència és un subproducte costós que podria eliminar-se o si és funcional. Però la dificultat conceptual profunda és quin é sl’objectiu. Si volem fer sistemes més eficients potser eliminarem la consciència, si volem experiències conscients més plaents buscarem una altra cosa. L’evolució no optimitza per “intel·ligència” ni per “felicitat” ni per “eficiència computacional”. Optimitza per “fitness reproductiu” en un entorn concret.

Un cervell o una xarxa de cervells?

Fins a quin punt és correcte estudiar un cervell individual i la seva interfase (sentits, accions motores) amb l’entorn, o bé, en el cas dels humans i la seva capacitat de llenguatge, el que hauríem d’estudiar és una “comunitat de cervells” que es comuniquen. Si vull entendre què passa en els ordinadors d’una oficina connectada en xarxa, què faig? estudio cada estació individualment o estudio la LAN, les estacions i els servidors? I si aquest plantejament té sentit, l’evolució del cervell en els humans és l’evolució dels cervells individuals o l’evolució de la xarxa de cervells?

Si estudies només una estació, veus la CPU, la RAM, el disc. Però no veus per què aquella màquina té uns arxius concrets, per què processa certes tasques i no d’altres, per què el seu comportament canvia quan la xarxa cau. El node no s’explica sense la xarxa. És eld ebat entre cognició individual vs. cognició distribuïda o estesa.

Idees relacionades:
La “Ment Estesa” (Extended Mind). Andy Clark i David Chalmers (1998) van proposar que la ment no acaba al crani. Si una funció cognitiva és executada parcialment per un objecte extern (un quadern, un smartphone), aquest objecte és part del sistema cognitiu. El cervell individual és un node, però el sistema és més gran.
La Cognició Distribuïda. Edwin Hutchins va estudiar com els tripulants d’un vaixell naveguen: cap individu té tota la informació ni tota la capacitat. La cognició emergeix del sistema, no de cap cervell individual. La unitat d’anàlisi correcta és l’equipatge + els instruments + els protocols compartits.
L’Interaccionisme de Vygotsky
Abans que tots aquests, Vygotsky ja deia que les funcions cognitives superiors neixen en l’espai social i després s’internalitzen. El pensament abstracte, el llenguatge intern, la planificació: primer existeixen com a interacció entre cervells, després com a procés individual. La direcció causal va de la xarxa al node, no a l’inrevés.
La “Ment de Grup” i la cognició col·lectiva
Investigadors com Thomas Metzinger i Michael Tomasello estudien com la intencionalitat compartida és una capacitat uniquement humana. No és que cooperem: és que construïm representacions conjuntes de la realitat, cosa que cap altre primat fa de manera comparable. El cervell humà té adaptacions específiques per sincronitzar-se amb altres cervells (neuronas mirall, teoria de la ment, atenció conjunta).

Què què va evolucionar?
La hipòtesi clàssica era que els cervells individuals es tornen més grans i potents, i el llenguatge és una eina que en resulta. L’alternativa, cada cop més defensada, és que el que evoluciona és la capacitat de connectar-se, i el cervell individual es reconfigura per ser un millor node. La pressió selectiva no seria “ser més intel·ligent sol” sinó “ser capaç d’operar en xarxa”. Això estaria recolzat per la hipòtesi del cervell social de Robin Dunbar segons la qual el neocòrtex creix en proporció a la mida del grup social en primats, no a la complexitat de l’entorn físic. Les àrees del cervell que més s’han expandit en humans (còrtex prefrontal, àrea de Broca/Wernicke) estan especialitzades en interacció social i llenguatge, no en processament sensorial brut. Els bebès humans neixen extraordinàriament incomplets i dependents durant anys: som la xarxa qui “acaba de construir” cada node. La cultura acumulativa (ratchet effect de Tomasello) és impossible sense xarxa: cap individu reinventa la roda, l’agricultura o l’escriptura. El coneixement viu a la xarxa, no als nodes

La implicació
Potser algunes coses que atribuïm al cervell individual són, en realitat, propietats emergents de la xarxa. El pensament abstracte potser no és possible sense haver après un llenguatge d’altri. La consciència del jo potser requereix un “tu” que la construeixi (com suggereix Hegel, i com la neurociència del desenvolupament cada cop més confirma). La raó potser és fonamentalment un mecanisme de persuasió social (hipòtesi de Mercier i Sperber), no un mecanisme de descoberta individual de la veritat; la raó humana falla a l’hora de detectar els propis errors però és molt bona detectant els errors dels altres. Això seria perquè va evolucionar per argumentar en xarxa, no per pensar en solitari.

Museu

El cervell dissecat, vasos sanguinis i nervis
lesions i àrees, ones EEG, MRI el cervell en 3D, fMRI quina part està encesa (immòbil), fNIRS quina part del córtex està activa (amb moviment)
El model de les tres xarxes: DMN, DAN, SN
Altres: Què és vida mental? Filosofia de la ment. Consciència com a propietat emergent. Un cervell en un pot . Realitat virtual i teràpia per chatbots . Consciència en màquines. Mind Upload. Dins del cap. Articles

fotos Exposició cervell CCCB

Articles

CHAPTER I BIOLOGY AND HUMAN BEHAVIOR 1
READING 1: ONE BRAIN OR TWO? 1
Gazzaniga, M. S. (1967). The split brain in man. Scientific American, 217(2), 24-29.
READING 2: MORE EXPERIENCE = BIGGER BRAIN 11
Rosenzweig, M. R., Bennett, E. L., & Diamond, M. C. (1972). Brain changes in
response to experience. Scientific American, 226(2), 22-29.
READING 3: ARE YOU A “NATURAL?” 19
Bouchard, T., Lykken, D., McGue, M., Segal, N., & Tellegen, A. (1990). Sources
of human psychological differences: The Minnesota study of twins reared apart.
Science, 250, 223-229.
READING 4: WATCH OUT FOR THE VISUAL CLIFF! 27
Gibson, E. J . , & Walk, R. D. (1960). The “visual cliff.” Scientific American, 202(4),
67-71.