Dado que la función fundamental del sistema nervioso radica en su capacidad para transmitir información, en términos generales, es posible considerar que todo estímulo representa una señal que opera a un nivel bajísimo de energía en la generación de impulsos nerviosos. Sin embargo, para que una señal actúe como tal, se requiere además, de un sistema de interpretación o de decodificación. De esta forma, en virtud de su especificidad, los receptores neuronales actúan como un sistema de codificación capaz de descifrar señales específicas de baja magnitud; es decir, tienen la capacidad de operar como selectores de señales. Así por ejemplo, los receptores de la retina interpretarán únicamente señales de tipo luminoso43
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Las distintas señales que actúan sobre los organismos, operan entonces como detonadores capaces de desencadenar respuestas o cambios activos. En este sentido, el medio ambiente constituye una fuente real o potencial de señales a través de las cuales el organismo establece con su medio un sistema que se suele denominar ensamble informativo, en adición a ciertas relaciones energéticas o
ensambles no informativos. El ensamble informativo que el organismo establece con el medio, constituye un sistema dinámico (Véase apéndice); en virtud de la propiedad de aprendizaje que poseen los organismos. Si el estímulo es una señal, los impulsos nerviosos serán asimismo señales, ya que son capaces de activar a otras neuronas44
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Por las consideraciones anteriores, algunos autores coinciden en que el organismo constituye fundamentalmente un sistema capaz de interpretar y manejar señales. A través de sus órganos sensoriales, el cerebro establece conexiones con su medio, alcanzando su máxima complejidad en el lenguaje simbólico exhibido por el hombre, en donde la señal interpretada por el receptor no constituye sino el primer paso en el proceso de interpretación. Estas señales serán codificadas bajo un código universal: los impulsos nerviosos, los cuales serán interpretados a su vez por redes neuronales, de las que se derivarán respuestas motoras que tiendan a modificar a su vez la información recibida45
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42 Ibid. p.40
43 Cuevas-Novelo A. Los mecanismos cerebrales de la conducta cibernética. Interamericana, España, 1979, p.p. 727-759 44 Ibidem p.p. 730-731
3.3.1. MECANISMOS DE RECEPCIÓN DE SEÑALES.
Asociadas a los órganos sensoriales, se encuentran los receptores neuronales, que constituyen estructuras cuyas características fundamentales son la sensibilidad y la especificidad. Esta última propiedad, se refiere a la propiedad que exhiben los receptores neuronales de mostrar un umbral menor para un tipo particular de energía; razón por la que se considera que éstos operan como selectores de señales. Así por ejemplo, los receptores de la retina pueden ser estimulados por un golpe que representa una forma de energía mecánica, pero la energía requerida en este efecto es considerablemente superior a la energía de un fotón, suficiente para estimular un bastón retiniano. Por otro lado, la sensibilidad del receptor equivale a la cantidad de energía requerida por el estímulo específico para excitarlo. Cabe señalar que esta energía es siempre mínima. En consecuencia, las señales operan a un nivel bajo de energía. Otro hecho notable es que la sensibilidad de un receptor no es uniforme, pues al lado de variaciones mínimas causales relacionadas a la agitación browniana y que siguen la curva de probabilidades de Gauss (nivel de ruido del receptor), el umbral de los receptores varía en el tiempo por efecto de la estimulación, fenómeno que se conoce como acomodación y que convierte al receptor en un medidor falso de intensidades, permitiéndole tan sólo establecer comparaciones entre estímulos de distinta intensidad46
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3.3.2. MECANISMOS DE TRANSMISIÓN DE SEÑALES.
Para que un organismo responda adecuadamente ante los estímulos de su medio, se requiere que aquellas señales recibidas por el receptor sean conducidas en forma codificada al SNC. El proceso de codificación, se logra a través de los impulsos nerviosos. Como se señaló anteriormente, el impulso nervioso constituye un evento de tipo discontinuo, que se propaga sin decrecer a lo largo del axón, por lo que la presencia de un impulso nervioso dentro de una vía sensorial no codifica otra cosa que la presencia o ausencia de estimulación. El informe del sistema sin embargo, sería sumamente limitado a no ser que el sistema nervioso contara con otras claves de codificación, entre las que se encuentran: las vías por las que el mensaje es codificado, el código de frecuencia y el código espacial, las cuales dan lugar a la formación de patrones espacio-temporales complejos47
. Las vías por las que el mensaje es canalizado juegan sin duda un papel relevante en la interpretación de éste, hecho entrevisto por Müller, quien lo expresó en su ley de las energías específicas, la cual establece que una modalidad sensorial dada se relaciona más a la vía de mediación sensorial que al estímulo. Así, un mensaje es interpretado como de naturaleza luminosa por haber sido mediado por el nervio óptico, ya que un efecto sensorial de la misma naturaleza se obtendría mediante la aplicación de un golpe al ojo o mediante estimulación eléctrica directa del nervio óptico48
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3.3.3. MECANISMOS DE INTERPRETACIÓN DE SEÑALES.
En el contexto del estudio de los mecanismos mediante los cuales el sistema nervioso interpreta los mensajes que le son transmitidos a través de las distintas claves de codificación, interesa conocer cómo distingue los mensajes en atención a sus orígenes; esto es, conocer cómo los mensajes arribando al área sonora despertarían reacciones ante estímulos sonoros y aquellos alcanzando el área óptica estarían interpretados como estímulos luminosos.
Si se tiene en consideración que las propiedades dinámicas de un conjunto neuronal dado, no dependen de las propiedades de sus unidades constituyentes (las neuronas), sino además de ciertos parámetros relacionales, tales como la distancia interneuronal, las conexiones sinápticas internas y sus
46 Shannon C. E. y Weaver, Mathematical Theory of Communication, University of Illinois Press, 1949, p.p. 15-49
47 Massaro, D.W. Information processing models: microscopes of the Mind”. Annual Review of Psychology. 44:383-425, 1993. 48 Ibid, pp. 17-18
proyecciones aferentes y eferentes con otras regiones del sistema nervioso; es la segregación espacial dentro del sistema nervioso la que hace posible la diferenciación de los mensajes. Ello se debe a la existencia de una distribución desigual en las características relacionales de las neuronas, lo que permite la expresión de configuraciones en términos localizacionistas49
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Tales características relacionales se manifiestan dinámicamente en la forma de tipos espacio- temporales de actividad, con los que el mensaje canalizado por las vías sensoriales interactúa. Del resultado de dicha interacción, surge un nuevo tipo espacio-temporal que es conducido hacia nuevos canales.
Finalmente, cabe señalar que una sucesión de impulsos nerviosos viajando por un axón, permanecen separados en el tiempo y por tanto son incapaces de interactuar o modularse unos a otros. Sin embargo, la sinapsis constituye una región capaz de reunir en el tiempo a los mensajes en forma más precisa; así, en virtud de la propiedad de adición latente, la sinapsis funciona como un contador de impulsos nerviosos. La frecuencia determinada por este proceso de conteo es transmitida por el elemento postsináptico mediante un código de frecuencia. Si se considera constante dentro de ciertos límites, la relación entre la frecuencia presináptica y la postsináptica, el mensaje no se altera a pesar de haber sido modulado, por lo que los cambios operados en la frecuencia de descarga de la vía involucrada en la transmisión del mensaje por otros mensajes (interferencias), podrían ser corregidos expandiendo el mensaje por canales múltiples y tomándose como código el resultado promedio de la actividad en el conjunto de neuronas que fueron modificadas en su actividad por el mensaje. De esta manera, las redes neuronales, hacen posible la codificación de frecuencias en términos de tipos especiales de actividad, con lo que se produce el desciframiento de la información50
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3.3.3.1. CUANTIFICACIÓN DE LA INFORMACIÓN.
Uno de los progresos de la tecnología actual, que ha tenido como repercusión el mejoramiento de los sistemas que manejan información, como las telecomunicaciones, así como múltiples aplicaciones en el campo de la neurofisiología y de la psicología, consiste en el tratamiento cuantitativo a que ha sido sometida la información51
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En apego a la segunda ley de la termodinámica, todo sistema físico cerrado tiende espontáneamente hacia el máximo desorden, de tal suerte que el grado de orden disminuye con el paso del tiempo. Este comportamiento se denomina tendencia entrópica. Shannon y Weaver definen así a la información, como el grado de orden de un sistema, de manera que si la entropía constituye la medida del desorden dentro del sistema, la información mediría el grado de orden del mismo. Por tanto, y a diferencia de los sistemas físicos, los cuales tienden hacia el máximo desorden, los sistemas biológicos tienden hacia la organización (autoorganización) o el orden, lo que equivale a decir que muestran una tendencia entrópica negativa (neguentropía) o tienden a almacenar información. En este sentido, el sistema nervioso no sólo es capaz de transmitir e interpretar información, sino que en virtud de su capacidad de aprendizaje, es capaz asimismo de almacenarla sin que la adquisición de nueva información implique la pérdida de aquella preexistente52
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Por otro lado, la medida de improbabilidad de un sistema depende de la medida del orden, y en el caso en que el orden represente información, se concluye que la información contenida en un estado dado de un sistema se puede medir por la improbabilidad de ocurrencia espontánea de dicho estado.
49 Cárdenas y Cárdenas Juan, Op. Cit, p. 725 50 Ibidem, p.p. 40-43
51 Ibid, p.p. 44-49 52 Ibid, p. 49
Entonces, el problema de la medida de la información queda reducido al problema de la medida de la improbabilidad o recíproco de la probabilidad53
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Dado que el sistema nervioso se comporta como un ensamble de sistemas binarios, ya que una neurona en virtud de su carácter discreto solo admite dos estados: activa o inactiva, es posible calcular la cantidad de información o neguentropía de un canal nervioso dado, como:
Cantidad de Información=log2(improbabilidad del estado).
Así por ejemplo, en el nervio óptico dentro de los límites del periodo refractario pueden encontrarse 10'000'000
2 estados equiprobables y la cantidad de información requerida en la fijación de los
estados posibles sería igual a 10'000'000de unidades, puesto que esta estructura posee alrededor de
10’000’000 de fibras54.
3.3.3.2. CÓDIGOS NEURALES.
En los mecanismos de transmisión de información cuantitativa en el sistema nervioso, es muy común encontrar un gran número de fibras que corren en paralelo de una región a otra, y todas aparentemente transportan el mismo tipo de información. En tales casos, la magnitud de un estímulo puede codificarse según el número de fibras que estén activas en un momento dado o conforme al número de potenciales de acción por unidad de tiempo (frecuencia de descarga). La manera normal en que responde una neurona a la estimulación, ya sea externa, como en el caso de los receptores; o bien, a aquella producto de los efectos sinápticos de otras neuronas conectadas a ella, es por descarga repetitiva con una frecuencia que depende de la magnitud del estímulo. Se emplea entonces, una analogía con el uso de la frecuencia modulada (FM) en la transmisión de radio; que en contraste con la amplitud modulada, (en donde la amplitud de la onda transportadora de frecuencia de radio constituye una copia directa de la onda de sonido que se transmite y en la que el radio receptor descifra la señal convirtiendo de nuevo la onda de radio envolvente en una onda sonora, presentando como desventaja, que cualquier variación en la amplitud de la onda causada por la misma transmisión, -alteraciones, ruido o interferencia-, se incorporan al sonido reproducido por el receptor), es la frecuencia de la onda de radio y no su amplitud, la que transmite la información sonora, por lo que las alteraciones que afectan su capacidad resultan irrelevantes, pues es únicamente la frecuencia de la señal recibida la que descifra el receptor, produciendo una transmisión confiable y relativamente libre de ruido55
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53 Ibid. p.49
54 Ibidem, p.48 55 Ibid p.53
Figura 19. Amplitud y frecuencia moduladas, en ellas se muestra cómo el ruido agregado a la onda modulada de radio da como resultado mucho más interferencia en la señal de audio descifrada en el caso de la amplitud modulada (AM) que en la frecuencia modulada (FM).
La frecuencia modulada no constituye la única manera en la que puede transmitirse la información cuantitativa hacia un canal único del tipo todo o nada o hacia un canal binario. Sin embargo, una codificación tan sofisticada como aquella nunca ha sido observada efectivamente en las neuronas, por lo que el mecanismo a través del cual las neuronas son estimuladas para producir descargas repetitivas, hace poco probable que la información pudiera en realidad transmitirse en esta forma por el sistema nervioso. En las computadoras, la información cuantitativa puede transmitirse mediante un pulso único, variando el tiempo en el cual ocurre, en relación con algún tipo de reloj interno de la computadora. En consecuencia, tanto por la lentitud de la conducción que haría difícil mantener una secuencia precisa entre los eventos, así como por la aparente ausencia de una estructura equivalente a un reloj de referencia interno, es poco probable que el cerebro utilice esta forma de codificación56
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