Friday 8 January 2010

Smelling reality (II): Brain networks / Redes cerebrales

"The wheels still rolling in combinatorial sleep, burning fire circles, as would Heraclitus the Dark."

                                                                                                Salvador Dalí, Marquis of Dalí

                                                                                                       Figueres, November 1985



"I bought some cherries and eat them on the road, spitting out the bones like stray bullets. The warm and bloody body of the fruit made me feels elated. "With these words, the protagonist of Swallow's Journal, the novel by Amélie Nothom explains his rebirth into the world of perceptions, after a dark period of transient sensory death. Our sensory system is responsible to contact the outside world. Thus, olfactory receptors process information through volatile molecules.


Similarly, the flavoring taste receptors detect stimuli, while other types of receptors capture sound signals, visual or tactile. The brain software computes the information from the senses. Some molecules, both as sapid odorants are activators of our sensory system. When we say, for example, that the molecule of vanillin smells of vanilla, we are actually dealing with linguistic artifice. Indeed, odorant molecules per se would be odor-free interaction of our sensory system.

Our senses filter Kantian inaccessible reality, while managing only a small part of the information received. The formation of perceptual objects is the result of a highly complex process. A lengthy evolutionary process made it possible for the brain's neurons are organized to achieve optimal performance. This long development, governed by a bottom-up evolution, from the bottom up, without guide neurons to direct the construction of brain structure, is what is known as emergent process.

This class of systems, consisting of several levels of overlay networks that control multiple threads, have a captivating magic. Additionally, the presence of a chaotic brain activity allows perfect operation of millions of neurons in a parallel processing and fully synchronous. Like with the smell, taste receptors recognize molecules that activate in this case tastes sour, salty, sweet, bitter and umami.

Learning to interpret changes in the outside world, understand the semiotics of sensory perception, enhancing emotional intelligence, is a skilled human resource that we use to ensure our survival. Brain neurons, like other systems such as ant colonies or groups of microorganisms, are organized in emerging arrangements.

In complex systems there is an invariance of all despite the changes of its constituents. The brain's nerve cells are connected by sequences of axons and dendrites. A flash of brain activity triggers the brain circuits with a flurry of activity. By the synapses neurons communicate with each other forming networks like cobwebs.

There are thousands of successive connections to facilitate the transmission of messages. Each neuron can receive contacts from one hundred thousand different neurons. Brain cells exchange information in a continuous feedback process. However, this activity is equipped with rest periods that govern its proper functioning.

After each transmission neurons enter a refractory period, remaining idle for a few seconds, immune to external stimuli. Along with other clever mechanisms the brain uses fatigue to shorten the reverb circuit, controlling the feeding frenzy of the brain.

The brain works in parallel and therefore there is a nerve center that controls everything. This strategy allows you to adjust the multiple functions of a living being. Aware of the exceptional qualities of the brain, Alan Turing, one of the creators of computer logic, came to consider the possibility of designing computer systems based on the functioning of our vital organs.

Brain plasticity also plays a role in brain organization. This feature allows redesign, if necessary, different brain circuits for maximum efficiency, such as the replacement of neurons dañadas.La chaotic activity can be considered as a compromise between the strictly deterministic and random.

The almost metaphysical nature of the concept of chaos to Salvador Dalí greatly fascinated by chairing an extraordinary scientific summit held under the majestic dome of the Museum of Figueras the fall of 1985. Among those attending was present René Thom, creator of the theory of catastrophes and Ilya Prigogine, Nobel Prize in Chemistry 1977 for his studies of thermodynamics of nonequilibrium. In the discussions that ensued, the boundary between human and divine, was discussed with passion the intrinsic nature of determinism and chance.

A chaotic dynamical system in nature can be described by several variables. In an evolving system, where the time goes to infinity, its trajectory only occupies a subspace of all possible states, called the attractor or sink. The brain transforms sensory messages into conscious perceptions almost instantly. These processes are highly significant because they are loaded with information. A chaotic activity, which is involved billion neurons, is essential to computing as fast. In studies of brain activity through electroencephalograms seen the basic characteristics of a chaotic system.

Furthermore, computer models representing various components of the brain system and the medulla, cortex, and the connections between them, indicate that the differential equations representing neural activity fit perfectly to the presence of a typical dynamic chaotic system.

The controlled chaos of brain activity is not a product of chance, but is a key factor that gives our brain unique qualities with respect to any other artificial intelligence system. The brain plans and actions with sensory feedback from of them. This recursive strategy of sensory inputs and perceptual synthesis allows living things interact in cyberspace according to plan, which deprives them of the dangers and about what is best for them.



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“Las ruedas combinatorias continuaban rodando en el Sueño, como círculos de Fuego Ardiente, tal y como quería Heráclito el Oscuro”.



                                                                                       Salvador Dalí, Marqués de Dalí de Púbol

                                                                                                          Figueres, Noviembre de 1985


“Me compré unas cerezas y las comí por el camino, escupiendo los huesos como balas perdidas. El cuerpo cálido y sangriento de los frutos me hizo sentir exultante.” Con estas palabras, el protagonista de Diario de Golondrina, la novela de Amélie Nothom, explica su renacimiento al mundo de las percepciones, tras una sombría etapa de muerte sensorial transitoria. Nuestro sistema sensorial es el responsable de ponernos en contacto con el mundo exterior. Así, los receptores olfativos procesan información por medio de moléculas volátiles.


De manera análoga, los receptores gustativos detectan estímulos sápidos, mientras que otros tipos de receptores captan señales sonoras, visuales o táctiles. El software cerebral computa la información procedente de los sentidos. Algunas moléculas, tanto las odorantes como las sápidas, son activadores de nuestro sistema sensorial. Cuando afirmamos, por ejemplo, que la molécula de vainillina huele a vainilla, estamos manejando en realidad un artificio lingüístico. De hecho, las moléculas odorantes per se serían inodoras sin la interacción de nuestro sistema sensorial.

Nuestros sentidos filtran la inaccesible realidad kantiana, mientras gestionan sólo una pequeña parte de la información recibida. La formación de los objetos perceptuales es el resultado de un proceso de alta complejidad. Un dilatado proceso evolutivo hizo posible que las neuronas cerebrales se organizaran para conseguir un óptimo rendimiento. Este largo desarrollo, gobernado por una evolución bottom-up, de abajo hacia arriba, sin neuronas guía que dirigieran la construcción de la estructura cerebral, es lo que se conoce como proceso emergente.

Esta clase de sistemas, formados por varios niveles de redes superpuestas que controlan múltiples subprocesos, poseen una magia cautivadora. Adicionalmente, la presencia de una actividad caótica cerebral permite el perfecto funcionamiento de millones de neuronas en un procesado en paralelo y completamente sincrónico.

Al igual que sucede con el olfato, los receptores del gusto reconocen moléculas que activan en este caso los gustos ácido, salado, dulce, amargo y umami.

Aprender a interpretar los cambios del mundo exterior, comprender la semiótica de la percepción sensorial, potenciando la inteligencia emocional, es un hábil recurso que los humanos utilizamos para asegurar nuestra supervivencia. Las neuronas cerebrales, al igual que otros sistemas como colonias de hormigas o grupos de microorganismos, se organizan en disposiciones emergentes.

En los sistemas complejos existe una invariancia del todo pese a los cambios de sus constituyentes. Las células nerviosas del cerebro están interconectadas por secuencias de axones y dendritas. Un destello de actividad cerebral dispara los circuitos cerebrales con una actividad frenética. Mediante las sinapsis las neuronas se comunican unas con otras formando redes como telarañas.

Se producen miles de conexiones sucesivas que facilitan la transmisión de mensajes. Cada neurona puede recibir contactos de hasta cien mil neuronas distintas. Las células cerebrales intercambian información en un proceso de retroalimentación continua. Sin embargo esta actividad está dotada de periodos de pausa que regulan su correcto funcionamiento.

Después de cada transmisión las neuronas entran en un periodo refractario, permaneciendo sin actividad durante unos segundos, inmunes a los estímulos externos. Junto a otros ingeniosos mecanismos, el cerebro recurre a la fatiga para acortar el circuito de reverberación, controlando el frenesí de la alimentación cerebral.

El cerebro trabaja en paralelo y por lo tanto no existe un centro neurálgico que lo controle todo. Esta estrategia le permite regular las múltiples funciones de un ser vivo. Consciente de las cualidades excepcionales del cerebro, Alan Turing, uno de los creadores de lógica computacional, llegó a plantearse la posibilidad de diseñar sistemas informáticos basados en el funcionamiento de nuestro órgano vital.

La plasticidad cerebral también desempeña un papel decisivo en la organización cerebral. Esta característica permite rediseñar, si es necesario, los distintos circuitos del cerebro para lograr una máxima eficiencia, como por ejemplo la sustitución de neuronas dañadas.La actividad caótica se puede considerar como un punto intermedio entre lo estrictamente determinístico y lo aleatorio.

El carácter casi metafísico del concepto de caos fascinó sobremanera a Salvador Dalí cuando presidió una extraordinaria cumbre científica, celebrada bajo la majestuosa cúpula de su Museo de Figueras el otoño de 1985. Entre los asistentes estuvo presente René Thom, creador de la teoría de las catástrofes y también Ilya Prigogine, Premio Nobel de Química de 1977 por sus estudios de la termodinámica del no equilibrio. En los debates que se suscitaron, al límite entre lo humano y lo divino, se analizó con pasión la naturaleza intrínseca del determinismo y el azar.

Un sistema dinámico de naturaleza caótica puede ser descrito por diversas variables. En un sistema en evolución, cuando el tiempo tiende a infinito, su trayectoria sólo ocupará un subespacio de todos los estados posibles, denominado atractor o sumidero. El cerebro transforma los mensajes sensoriales en percepciones conscientes casi instantáneamente. Estos procesos son altamente significativos porque están repletos de información. Una actividad caótica, en la que están involucradas millones de neuronas, es esencial para una computación tan veloz. En estudios efectuados de la actividad cerebral mediante electroencefalogramas se observan las características básicas de un sistema caótico.

Además, modelos informáticos representando varios componentes del sistema cerebral como el bulbo, el córtex y las conexiones entre ellos, señalan que las ecuaciones diferenciales que representan la actividad neuronal se ajustan perfectamente a la presencia de un sistema caótico dinámico típico.

El caos controlado de la actividad cerebral no es un producto del azar, sino que constituye un factor clave que proporciona a nuestro cerebro unas cualidades únicas con respecto a cualquier otro sistema de inteligencia artificial.

El cerebro planifica sus acciones y se retroalimenta con estímulos sensoriales derivados de ellas. Esta estrategia recursiva de inputs sensoriales y de síntesis perceptuales permite a los seres vivos interaccionar de acuerdo con su plan cibernético, el cual los aleja de los peligros y los acerca a lo que más les conviene.

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