El problema vinculante es un término utilizado en la interfaz entre la neurociencia , la ciencia cognitiva y la filosofía de la mente que tiene múltiples significados.
En primer lugar, está el problema de la segregación : un problema computacional práctico de cómo los cerebros segregan elementos en patrones complejos de información sensorial para que se asignen a "objetos" discretos. En otras palabras, al mirar un cuadrado azul y un círculo amarillo, ¿qué mecanismos neuronales aseguran que el cuadrado se perciba como azul y el círculo como amarillo, y no al revés? El problema de la segregación a veces se denomina BP1.
En segundo lugar, está el problema de la combinación : el problema de cómo los objetos, el fondo y las características abstractas o emocionales se combinan en una sola experiencia. [1] El problema de combinación a veces se denomina BP2.
Sin embargo, la diferencia entre estos dos problemas no siempre es clara. Además, la literatura histórica a menudo es ambigua en cuanto a si aborda el problema de la segregación o de la combinación. [1] [2]
El problema de la segregación
Definición
El problema de la segregación, también conocido como problema de unión 1 (BP1), es el problema de cómo los cerebros segregan elementos en patrones complejos de información sensorial para que se asignen a "objetos" discretos. [2]
John Raymond Smythies definió BP1 en estos términos: "¿Cómo se construye la representación de la información en las redes neuronales de que hay un solo objeto 'ahí fuera' y no una mera colección de formas, colores y movimientos separados?" [2] Revonsuo se refiere a esto como el problema de la "unión relacionada con el estímulo", es decir, la clasificación de los estímulos. Aunque generalmente se lo conoce como un problema de vinculación, se puede decir que el problema computacional es de discriminación. [1] Así, en palabras de Canales et al .: "unir todas las características de un objeto y segregarlas de las características de otros objetos y del fondo". [3] Bartels y Zeki lo describen como "determinar que es el mismo (o diferente) estímulo el que está activando diferentes células en un área visual determinada o en diferentes áreas visuales". [4]
Trabajo experimental
La mayor parte del trabajo experimental se centra en la visión, donde se sabe que los humanos y otros mamíferos procesan diferentes aspectos de la percepción separando la información sobre esos aspectos y procesándola en distintas regiones del cerebro. Por ejemplo, Bartels y Zeki han demostrado que diferentes áreas de la corteza visual se especializan en procesar los diferentes aspectos del color , el movimiento y la forma . Se ha afirmado que este tipo de codificación modular produce un potencial de ambigüedad . Cuando los humanos ven una escena que contiene un cuadrado azul y un círculo amarillo, algunas neuronas envían señales en respuesta al azul, otras envían señales en respuesta al amarillo, y otras a una forma cuadrada o circular. Aquí, el problema de la unión es la cuestión de cómo el cerebro empareja correctamente el color y la forma, es decir, indica que el azul va con el cuadrado, en lugar del amarillo. [4]
Teoría de la sincronización
Una hipótesis popular, quizás sugerida por primera vez por Milner, ha sido que las características de los objetos individuales están ligadas / segregadas a través de la sincronización de la actividad de diferentes neuronas en la corteza. [5] [6] La teoría, llamada enlace por sincronía (BBS), [7] es que cuando dos neuronas de función se disparan sincrónicamente, están unidas, mientras que cuando se disparan fuera de sincronía, no están unidas. La prueba empírica de la idea recibió un impulso cuando von der Malsburg propuso que la vinculación de características planteaba un problema especial que no podía ser cubierto simplemente por las tasas de activación celular. [8] Varios estudios sugirieron que, de hecho, existe una relación entre el disparo sincrónico rítmico y la vinculación de características. Este disparo rítmico parece estar relacionado con oscilaciones intrínsecas en los potenciales somáticos neuronales , típicamente en el rango gamma cercano a los 40 Hz. [9] Singer ha resumido los argumentos positivos a favor del papel de la sincronía rítmica en la resolución del problema de vinculación segregacional objeto-característica (BP1). [10] Ciertamente, existe una amplia evidencia de la sincronización de la activación neural como parte de las respuestas a los estímulos visuales.
Sin embargo, existe inconsistencia entre los hallazgos de diferentes laboratorios. Además, varios revisores recientes, incluidos Shadlen y Movshon [6] y Merker [11], han expresado su preocupación. Thiele y Stoner descubrieron que la unión perceptiva de dos patrones en movimiento no tenía ningún efecto sobre la sincronización de las neuronas que respondían a los dos patrones. [12] En la corteza visual primaria, Dong et al. encontraron que si dos neuronas respondían a contornos de la misma forma o formas diferentes no tenía ningún efecto sobre la sincronía neuronal. [13] Revonsuo informa resultados negativos similares. [1]
Shadlen y Movshon, [6] plantean una serie de dudas sobre la base tanto teórica como empírica de la idea de unión segregacional por sincronía temporal. En primer lugar, no está claro que la vinculación plantee un problema computacional especial del tipo propuesto por von der Malsburg. En segundo lugar, no está claro cómo la sincronía llegaría a desempeñar un papel distinto en términos de lógica computacional local. En tercer lugar, es difícil imaginar una situación en la que la velocidad de disparo presináptica y la sincronía puedan ser interpretadas de manera útil de forma independiente por una célula postsináptica, ya que las dos son interdependientes en escalas de tiempo plausibles.
Otro punto que se ha planteado es que dentro de los marcos de tiempo estándar para la activación neuronal, muy pocas fases distintas de sincronía serían distinguibles incluso en condiciones óptimas. [ cita requerida ] Sin embargo, esto solo sería significativo si las mismas vías se alimentan potencialmente de trenes de picos (señales) en múltiples fases. En contraste, Seth [14] describe un robot artificial basado en el cerebro que demuestra múltiples circuitos neuronales separados y ampliamente distribuidos, disparando en diferentes fases, lo que sugiere que la sincronía puede ayudar al establecimiento de circuitos de reentrada discretos relacionados con objetos en un sistema expuesto. a estímulos cronometrados aleatoriamente.
Goldfarb y Treisman [15] señalan que parece surgir un problema lógico para la vinculación únicamente por sincronía si hay varios objetos que comparten algunas de sus características y no otras. Cuando se visualiza una pantalla de letras de varios colores, la representación interna de una X roja, una O verde, una O roja y una X verde no se puede explicar simplemente por sincronía de señales para la forma roja y X, por ejemplo. En el mejor de los casos, la sincronía puede facilitar la segregación apoyada por otros medios (como reconoce von der Malsburg [16] ).
Varios estudios neuropsicológicos sugieren que la asociación de color, forma y movimiento como "características de un objeto" no es simplemente una cuestión de vinculación o "unión". Purves y Lotto [17] proporcionan una amplia evidencia de señales de retroalimentación de arriba hacia abajo que aseguran que los datos sensoriales se manejen como características de objetos postulados (a veces erróneamente) al principio del procesamiento. En muchas ilusiones, los datos parecen ajustados preconscientemente de acuerdo con las expectativas del objeto. Pylyshyn [18] también ha enfatizado la forma en que el cerebro parece preconcebir objetos a los que se les asignan características y a los que se les atribuye existencia continua incluso si características como el cambio de color.
Teoría de integración de características
En su teoría de integración de características , Treisman sugirió que la unión entre características está mediada por los enlaces de las características a una ubicación común. Las demostraciones psicofísicas de las fallas de enlace en condiciones de atención completa respaldan la idea de que el enlace se logra a través de etiquetas de ubicación comunes. [19]
Una implicación de estos enfoques es que los datos sensoriales como el color o el movimiento normalmente no existen en forma "no asignada". Para Merker: [11] "El 'rojo' de una bola roja no flota sin cuerpo en un espacio de color abstracto en V4". Si la información de color asignada a un punto en el campo visual se convierte directamente, mediante la instanciación de alguna forma de lógica proposicional (análoga a la utilizada en el diseño por computadora) en información de color asignada a una "identidad de objeto" postulada por una señal de arriba hacia abajo como lo sugieren Purves y Lotto (por ejemplo, hay azul aquí + Objeto 1 está aquí = Objeto 1 es azul) no puede existir una tarea computacional especial de "vincular" por medios como la sincronía. (Aunque Von der Malsburg [ cita requerida ] plantea el problema en términos de "proposiciones" vinculantes como "triángulo" y "top", estas, por separado, no son proposicionales).
Cómo las señales en el cerebro llegan a tener contenido proposicional, o significado, es un tema mucho mayor. Sin embargo, tanto Marr [20] como Barlow [21] sugirieron, sobre la base de lo que se sabía sobre la conectividad neuronal en la década de 1970, que se esperaría que la integración final de características en una percepción se asemejara a la forma en que operan las palabras en las oraciones.
El papel de la sincronía en la unión segregacional sigue siendo controvertido. Merker [11] ha sugerido recientemente que la sincronía puede ser una característica de las áreas de activación en el cerebro que se relaciona con una característica "infraestructural" del sistema computacional análoga al aumento de la demanda de oxígeno indicada mediante resonancia magnética. Las correlaciones específicas aparentes con las tareas de segregación pueden explicarse sobre la base de la interconectividad de las áreas involucradas. Como una posible manifestación de la necesidad de equilibrar la excitación y la inhibición a lo largo del tiempo, podría esperarse que se asocie con circuitos de reentrada recíprocos como en el modelo de Seth et al. [14] (Merker da la analogía del silbato de un amplificador de audio que recibe su propia salida).
Si resulta que la actividad sincronizada juega a lo sumo un papel de infraestructura en la "vinculación" computacional segregativa, surge la pregunta de si necesitamos otra explicación. La implicación tanto de los análisis de Shadlen y Movshon como de Merker parece ser que no puede haber un problema vinculante especial en este sentido. El problema puede ser simplemente una parte integral del problema más general de la lógica computacional utilizada por las neuronas, o lo que a menudo se denomina "código neuronal". En particular, puede ser inapropiado analizar la vinculación en la percepción sin tener en cuenta la forma en que las características están vinculadas en la memoria, como lo abordaron Zimmer y sus colegas, [22] y cómo eso informa la forma en que el cerebro concibe los objetos de antemano. [ cita requerida ]
El problema de la combinación
Definición
Smythies [2] define el problema de combinación, también conocido como problema de unión 2 (BP2), como "¿Cómo construyen realmente los mecanismos cerebrales el objeto fenoménico?". Revonsuo [1] equipara esto a " vinculación relacionada con la conciencia ", enfatizando la implicación de un aspecto fenomenal. Como Revonsuo explora en 2006, [23] hay matices de diferencia más allá de la división básica BP1: BP2. Smythies habla de construir un objeto fenomenal ("unidad local" para Revonsuo) pero filósofos como Descartes, Leibniz, Kant y James (ver Brook y Raymont [24] ) se han preocupado típicamente por la unidad más amplia de una experiencia fenoménica ("global unidad "para Revonsuo), que, como ilustra Bayne [25], puede incluir características tan diversas como ver un libro, escuchar una melodía y sentir una emoción. La discusión adicional se centrará en este problema más general de cómo los datos sensoriales que pueden haber sido segregados en, por ejemplo, "cuadrado azul" y "círculo amarillo", deben volver a combinarse en una única experiencia fenomenal de un cuadrado azul junto a un círculo amarillo, además de todas las demás características de su contexto. Hay una amplia gama de opiniones sobre cuán real es esta "unidad", pero la existencia de condiciones médicas en las que parece estar subjetivamente deteriorada, o al menos restringida, sugiere que no es del todo ilusoria. [ cita requerida ]
Historia
Los primeros filósofos como Descartes y Leibniz [ cita requerida ] señalaron que la aparente unidad de nuestra experiencia es una característica cualitativa de todo o nada que no parece tener un equivalente en las características cuantitativas conocidas, como la proximidad o la cohesión, de la materia compuesta. . William James , [ cita requerida ] en el siglo XIX, consideró las formas en que la unidad de la conciencia podría ser explicada por la física conocida y no encontró una respuesta satisfactoria. Él acuñó el término "problema de combinación", en el contexto específico de una "teoría de la mente y el polvo" en la que se propone que una experiencia humana consciente completa se construye a partir de proto o microexperiencias en la forma en que se construye la materia. de los átomos. James afirmó que tal teoría era incoherente, ya que no se podía dar una explicación física causal de cómo se "combinarían" las proto-experiencias distribuidas. En cambio, favoreció un concepto de "co-conciencia" en el que hay una "experiencia de A, B y C" en lugar de experiencias combinadas. Brook y Raymont ofrecen una discusión detallada de las posiciones filosóficas posteriores (véase 26). Sin embargo, estos generalmente no incluyen interpretaciones físicas. James [ cita requerida ] seguía preocupado por la ausencia de una "única cosa física", aparte de un átomo, que podría ser coconsciente (de A, B y C), haciéndose eco de Leibniz.
Whitehead [26] propuso una base ontológica fundamental para una relación consistente con la idea de co-conciencia de James, en la que muchos elementos causales están co-disponibles o "presentes" en un solo evento u "ocasión" que constituye una experiencia unificada. Whitehead no dio detalles físicos, pero la idea de compresencia se enmarca en términos de convergencia causal en una interacción local consistente con la física. Donde Whitehead va más allá de cualquier cosa formalmente reconocida en física es en la "fragmentación" de las relaciones causales en "ocasiones" complejas pero discretas. Incluso si se pueden definir tales ocasiones, el enfoque de Whitehead todavía deja la dificultad de James para encontrar un sitio, o sitios, de convergencia causal que tengan sentido neurobiológico para la "co-conciencia". Los sitios de convergencia de señales existen claramente en todo el cerebro, pero existe la preocupación de evitar reinventar lo que Dennett [27] llama un teatro cartesiano o un sitio central único de convergencia de la forma propuesta por Descartes.
El "alma" central de Descartes ahora se rechaza porque la actividad neuronal estrechamente correlacionada con la percepción consciente está ampliamente distribuida por toda la corteza. Las opciones restantes parecen ser la participación separada de múltiples eventos causalmente convergentes distribuidos o un modelo que no vincula una experiencia fenomenal a ningún evento físico local específico, sino más bien a alguna capacidad "funcional" general. Cualquiera que sea la interpretación que se tome, como indica Revonsuo [1] , no hay consenso sobre el nivel estructural con el que estamos tratando, ya sea el nivel celular, el de los grupos celulares como "nodos", "complejos" o "conjuntos" o el de redes distribuidas. Probablemente solo hay un acuerdo general de que no es el nivel de todo el cerebro, ya que hay evidencia de que las señales en ciertas áreas sensoriales primarias, como la región V1 de la corteza visual (además de las áreas motoras y el cerebelo), no Contribuir directamente a la experiencia fenomenal.
Teorías modernas
Dennett [27] ha propuesto que nuestra sensación de que nuestras experiencias son eventos únicos es ilusoria y que, en cambio, en cualquier momento hay "múltiples borradores" de patrones sensoriales en múltiples sitios. Cada uno solo cubriría un fragmento de lo que creemos que experimentamos. Podría decirse que Dennett afirma que la conciencia no está unificada y que no existe un problema de vinculación fenomenal. La mayoría de los filósofos tienen dificultades con esta posición (véase Bayne [25] ). El punto de vista de Dennett podría estar en consonancia con la evidencia de los experimentos de recuerdo y cambio de ceguera que pretenden mostrar que nuestras experiencias son mucho menos ricas de lo que creemos, lo que se ha llamado la Gran Ilusión. [28] Sin embargo, pocos, si alguno, otros autores sugieren la existencia de múltiples "borradores" parciales. Además, también sobre la base de experimentos de recuerdo, Lamme [29] ha desafiado la idea de que la riqueza es ilusoria, enfatizando que el contenido fenomenal no puede equipararse con el contenido al que hay acceso cognitivo.
Dennett no vincula los borradores a los eventos biofísicos. Edwards [30] y Sevush invocan múltiples sitios de convergencia causal en términos biofísicos específicos . [31] En este punto de vista, las señales sensoriales que se combinarán en una experiencia fenomenal están disponibles, en su totalidad, en cada uno de los múltiples sitios. Para evitar una combinación no causal, cada sitio / evento se coloca dentro de un árbol dendrítico neuronal individual. La ventaja es que la "compresencia" se invoca justo donde se produce la convergencia neuroanatómicamente. La desventaja, como para Dennett, es el concepto contrario a la intuición de múltiples "copias" de la experiencia. La naturaleza precisa de un evento experiencial u "ocasión", incluso si es local, también sigue siendo incierta.
La mayoría de los marcos teóricos para la riqueza unificada de la experiencia fenoménica se adhieren a la idea intuitiva de que la experiencia existe como una única copia y se basan en descripciones "funcionales" de redes distribuidas de células. Baars [32] ha sugerido que ciertas señales, que codifican lo que experimentamos, entran en un "espacio de trabajo global" dentro del cual se "transmiten" a muchos sitios de la corteza para su procesamiento paralelo. Dehaene, Changeux et al [33] han desarrollado una versión neuroanatómica detallada de dicho espacio de trabajo. Tononi y sus colegas [34] han sugerido que el nivel de riqueza de una experiencia está determinado por el "cuello de botella" de la interfaz de información más estrecha en la subred o "complejo" más grande que actúa como una unidad funcional integrada. Lamme [29] ha sugerido que las redes que soportan la señalización recíproca en lugar de las que están simplemente involucradas en la experiencia de soporte de la señalización de retroalimentación. Edelman y sus colegas también han enfatizado la importancia de la señalización de reentrantes. [ cita requerida ] Cleeremans [35] enfatiza la meta-representación como la firma funcional de señales que contribuyen a la conciencia.
En general, estas teorías basadas en redes no son explícitamente teorías de cómo la conciencia está unificada o "ligada", sino más bien teorías de dominios funcionales dentro de los cuales las señales contribuyen a la experiencia consciente unificada. Una preocupación acerca de los dominios funcionales es lo que Rosenberg [36] ha llamado el problema de los límites; Es difícil encontrar una descripción única de lo que se debe incluir y lo que se excluye. Sin embargo, este es, en todo caso, el enfoque de consenso.
Dentro del contexto de la red, se ha invocado un papel para la sincronía como una solución al problema de la vinculación fenomenal, así como al computacional. En su libro, The Astonishing Hypothesis , [37] Crick parece estar ofreciendo una solución tanto para BP2 como para BP1. Incluso von der Malsburg, [ cita requerida ] introduce argumentos computacionales detallados sobre la vinculación de características del objeto con comentarios sobre un "momento psicológico". El grupo Singer [ cita requerida ] también parece estar interesado tanto en el papel de la sincronía en la conciencia fenoménica como en la segregación computacional.
La aparente incompatibilidad de usar la sincronía para segregar y unificar podría explicarse por roles secuenciales. Sin embargo, Merker [11] señala lo que parece ser una contradicción en los intentos de resolver el problema de unificación fenoménica (BP2) en términos de un dominio funcional (que significa efectivamente computacional) más que biofísico local, en el contexto de la sincronía.
De hecho, los argumentos funcionales a favor del papel de la sincronía se basan en el análisis de los eventos biofísicos locales. Sin embargo, Merker [11] señala que el trabajo explicativo se realiza mediante la integración descendente de señales sincronizadas en neuronas postsinápticas: "Sin embargo, de ninguna manera está claro qué debe entenderse por 'unión por sincronía' que no sea la ventaja de umbral conferida por la sincronía en, y solo en, sitios de convergencia axonal en árboles dendríticos individuales ... "En otras palabras, aunque la sincronía se propone como una forma de explicar la unión sobre una base distribuida, en lugar de convergente, la justificación se basa en lo que sucede en la convergencia. Las señales para dos características se proponen como vinculadas por sincronía porque la sincronía produce una interacción convergente aguas abajo. Cualquier teoría de la vinculación fenoménica basada en este tipo de función computacional parecería seguir el mismo principio. La fenomenalidad implicaría convergencia, si la función computacional lo hace.
Aunque BP1 y BP2 son diferentes, esto no tiene por qué invalidar la suposición, implícita en muchos de los modelos citados, de que los eventos computacionales y fenoménicos, al menos en algún punto de la secuencia de eventos, son paralelos entre sí de alguna manera. La dificultad sigue siendo identificar cuál podría ser esa forma. El análisis de Merker [11] sugiere que (1) tanto los aspectos computacionales como fenoménicos de la unión están determinados por la convergencia de señales en árboles dendríticos neuronales, o (2) que nuestras ideas intuitivas sobre la necesidad de "vincular" en una "unión" El sentido tanto en contextos computacionales como fenoménicos están mal concebidos. Es posible que estemos buscando algo adicional que no sea necesario. Merker, por ejemplo, sostiene que la conectividad homotópica de las vías sensoriales hace el trabajo necesario.
La naturaleza y la solución de BP2 sigue siendo motivo de controversia.
Desarrollos recientes
Un nuevo estudio publicado en Psychological Review [38] e Interface Focus 2018 [39], la revista interdisciplinaria de la Royal Society en la interfaz entre las ciencias físicas y de la vida, arroja nueva luz sobre cómo el sistema visual puede representar qué características están unidas como parte del mismo objeto.
El equipo de investigación, [40] dirigido por el Dr. Simon Stringer de la Universidad de Oxford , realizó simulaciones bioinspiradas de la Red Neural Spiking del sistema visual ventral de los primates para abordar esta pregunta permanente. Al entrenar el modelo biofísico en un conjunto de estímulos visuales, se ha observado el surgimiento de una subpoblación de neuronas , llamadas grupos neuronales policrónicos (PNG), que exhibe patrones espaciotemporales de picos que se repiten regularmente. El fenómeno subyacente de estas respuestas de patrones espacio-temporales se conoce como policcronización. [41] El punto principal de este enfoque novedoso propuesto es que dentro de estos PNG existen neuronas, llamadas neuronas vinculantes , que aprenden a representar las relaciones vinculantes jerárquicas entre características visuales de nivel inferior y superior en cada escala espacial y en todo el campo visual. Estas neuronas de unión han sido formuladas por primera vez por Christoph von der Malsburg , [16] sin embargo, no se ha demostrado previamente cómo estas neuronas pueden desarrollarse naturalmente a través de un proceso biológicamente plausible de aprendizaje guiado visualmente y autoorganización de grupos neuronales policrónicos. Esta última investigación describe que tales neuronas vinculantes emergen automáticamente dentro de los PNG durante el entrenamiento visual cuando se incorporan al modelo propiedades clave de la corteza visual. Este hallazgo es consistente con la naturaleza jerárquica de la visión de los primates descrita por John Duncan y Glyn W. Humphreys :
"Una representación completamente jerárquica se crea repitiendo la segmentación en diferentes niveles de escala. Cada unidad estructural, contenida por su propio límite, se subdivide en partes por los límites principales dentro de ella. Por lo tanto, un cuerpo humano puede subdividirse en cabeza, torso , y extremidades, y una mano en palma y dedos. Esta subdivisión tiene dos propósitos. La descripción de una unidad estructural en un nivel de escala (animal, letra, etc.) debe depender en gran medida de las relaciones entre las partes definidas en ella ( así como en propiedades como el color o el movimiento que pueden ser comunes a las partes). Luego, en el siguiente nivel hacia abajo, cada parte se convierte en una nueva unidad estructural a ser descrita con sus propias propiedades, definidas entre otras cosas por las relaciones entre sus propias subpartes. En la parte superior de la jerarquía puede haber una unidad estructural correspondiente a toda la escena de entrada, descrita con un conjunto aproximado de propiedades (por ejemplo, división en cielo claro arriba y suelo oscuro abajo) ". [42]
Además, esta teoría de vinculación de características jerárquicas propone que la información sobre características visuales en cada escala espacial, incluidas las relaciones de vinculación entre estas características, se proyectaría hacia las capas superiores de la red, donde la información espacial estaría disponible para su lectura por sistemas cerebrales posteriores. para guiar el comportamiento. Este mecanismo se ha denominado principio holográfico . Por último, al representar las relaciones vinculantes jerárquicas entre las características visuales en cada escala espacial a través de una escena visual, este tipo de neuronas vinculantes podrían apuntalar la conciencia visual en sí, la capacidad del cerebro visual para percibir y dar sentido a su mundo visuoespacial. Por lo tanto, este trabajo puede representar un avance significativo hacia el futuro desarrollo de la Inteligencia General Artificial y la Conciencia de la Máquina , abriendo nuevas perspectivas sobre la construcción de máquinas dotadas de inteligencia a nivel humano. [43] [44] [45]
Ver también
- Problema de marco
- Difícil problema de la conciencia
- Filosofía de la percepción
- Conexión a tierra del símbolo
- Codificación neuronal
- Inteligencia artificial
Referencias
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Otras lecturas
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