El cerebro es un órgano de procesamiento de la información masivamente paralelo. Puede realizar muchas tareas al mismo tiempo. Podemos, por ejemplo andar, escuchar y hablar al tiempo que reconocemos una cara en la lejanía en menos de 1 segundo. La mayoría de nosotros, por el contrario somos incapaces de realizar una operación matemática compleja (754 x 629). Y si nos atrevemos con una más simple, lo hacemos involucrando una ingente cantidad de recursos y de tiempo. Lo hacemos paso a paso, en serie.
El cerebro está compuesto por un gran número de procesadores (neuronas, columnas neocorticales o áreas enteras) que combinamos de una manera flexible para llegar a una nueva cadena de procesos, a una nueva solución. Pero ello ocurre a costa de serializar los procesos con un alto coste de tiempo (100 a 500 milisegundos por paso). Virtualmente sólo somos capaces de tomar una decisión en cada momento.
El
presente estudio realizado en la Universidad de Buenos Aires con la colaboración de Stanislas Dehaene (véase
La conciencia. Investigación experimental de Stanislas Dehaene) analiza el comportamiento en un paradigma de interferencia de dos tareas llamado
Psychological refractory period (PRP) y crea una red neural simulada por ordenador que reproduce el comportamiento observado en situaciones reales.
Se pide al sujeto que responda a dos tareas T1 y T2 en orden. Las tareas corresponden a áreas sensoriales diferentes:
- T1_1 Si se ve rojo, pulsar L
- T1_2 Si se ve naranja, pulsar K
- T2_1 Si oye un sonido grave, pulsar A
- T1_1 Si se oye un sonido agudo, pulsar S
Las tareas se presentan con un intervalo de tiempo entre los dos estímulos llamado SOA. Los resultados indican que el tiempo de respuesta RT1 de la primera tarea T1 no se ve afectado por la segunda tarea T2. En cambio, el tiempo de respuesta RT2 de T2 si se ve afectado por la primera tarea cuando la distancia entre los estímulos SOA es corta. Cuando se aumenta SOA, la tarea T2 deja de estar afectada por la primera.
La explicación de este fenómeno supone tres fases de procesamiento: sensorial, central y motor.
Rojo=componente sensorial de T1, gris=componente central, azul=componente motor de T1, verde=componente sensorial de T2, negro=componente motor de T2
En la fase sensorial, los estímulos son procesados en paralelo. Cada modalidad sensorial los procesa al margen de lo que haga el resto. En la fase central se toman las decisiones. Se evalúa si para la tarea T1 ha aparecido rojo o naranja y si el programa motor es pulsar L o K. Esta fase ocurre en serie y es el cuello de botella del sistema. El sistema sólo puede dedicarse a una tarea. Dado que está procesando la tarea T1, la tarea T2 debe esperar. Es significativo que la información sensorial de la tarea T2 no desaparece rápidamente sino que se mantiene un tiempo hasta que el componente central la recupera. Cuando el componente central termina de procesar T1, arranca el programa motor de T1 y recupera la información sensorial de T2. Entonces procesa T2 (ya sin interferencias) y arranca el programa motor T2. La fase motora transcurre en paralelo.
La simulación se lleva a cabo con 20.000 neuronas spiking-neuron, un modelo de neurona simple que no tiene dimensiones espaciales, que integra las entradas que recibe y decide si se dispara o no y 400.000 sinapsis. Además incorpora neurotransmisores, en este caso AMPA, NMDA y GABA. Las neuronas son de dos tipos: piramidales excitatorias con proyecciones a gran distancia o inhibitorias locales. El sistema implementa mecanismos de inhibición que evitan que la red se autoamplifique. A su vez, las neuronas de la última capa sensorial reverberan de modo que pueden mantener la información durante un tiempo mayor que el resto (el suficiente hasta que el componente central las atiende).
Tiempos de T1 y T2 y de sus componentes sensorial, central y motor. Tiempo de T1 sin interferencias = 270ms. Tiempo de T2 con interferencias = 370ms (470ms-100ms)
Conclusión.
Las fases sensorial y motora pueden ejecutarse en paralelo. La fase central en la que se conecta la sensorial con la motora y se decide el plan motor es serializada, lenta y constituye el cuello de botella del sistema. Puede formar un número gigantesco de combinaciones. Esta fase asegura sin embargo que las tareas no se mezclan y que la respuesta es la adecuada. De modo que mientras realiza una tarea, pide al resto que esperen y que guarden la información sensorial. Los datos de neuroimagen parecen indicar que las tareas centrales se corresponden con las áreas prefrontales y parietales. Algunas neuronas en estas áreas parecen responder ante cualquier tarea que se presente.
Desde un punto de vista evolutivo, parece que las áreas más nuevas, más humanas, las de toma de decisiones novedosas y flexibles son las menos optimizadas, mientras que las más animales tienen un rendimiento superior.
