miércoles, 30 de noviembre de 2011

LA TEORÍA DEL CAOS Y EL LIBRE ALBEDRÍO: DE CÓMO UN ELECTRON PUEDE SALVAR EL UNIVERSO

Por: Edwin Francisco Herrera Paz


Los Cerebros y la Teoría del Caos
Tal vez usted haya oído hablar de la teoría del caos, y probablemente a través del llamado “Efecto Mariposa”, que expresa que el aleteo de las alas de una mariposa puede provocar un huracán al otro lado del mundo. Esta característica de los sistemas complejos puede servir de base para realizar interesantes conjeturas sobre la consciencia, la voluntad y el devenir.

Por mucho, los cerebros, y especialmente los humanos, son los objetos más complejos de los que tenemos noticia. Se calcula que el cerebro humano está formado por alrededor de cien mil millones de neuronas. Pero la complejidad no está en el número, sino en las conexiones.

Cada neurona se comunica con otras por medio de substancias químicas llamadas neurotransmisores en uniones denominadas sinapsis. Cada neurona cerebral se comunica, por medio de sinapsis, con un promedio de diez mil de sus congéneres. Estas comunicaciones determinan la formación de sofisticados circuitos que no es sino hasta ahora que la neurociencia comienza a estudiar a fondo.

Gran parte de nuestra conducta no es consciente. La mayoría de nuestros movimientos obedecen a patrones aprendidos a lo largo de nuestra vida, y la mayoría de nuestras acciones están basadas en impulsos condicionados por la evolución. Buscamos comida para sobrevivir, formamos familias para perpetuar nuestras variantes genéticas en nuestra descendencia, construimos casas para refugiarnos de la misma manera en la que el pajarito construye su nido, y así.

Pero también a lo largo de la evolución los humanos hemos desarrollado una poderosa estructura cerebral capaz de modular las respuestas automáticas: el neocortex, una capa de neuronas que nos permite pensar, reflexionar y tomar decisiones; que nos hace sentirnos superiores y alejados del resto de las criaturas del reino animal.

Y no es en vano. Gracias al neocortex podemos reprimir nuestros impulsos básicos para convertirnos en seres morales, contemplar las maravillas de la creación con un pensamiento crítico, ser conscientes de nuestra propia existencia, y tal vez lo más importante, sentirnos capaces de tomar decisiones que pueden cambiar nuestras circunstancias y destino, que podemos escoger y planificar. En pocas palabras, tenemos libre albedrío.

Pero, ¿Existe realmente este libre albedrío? Y si existe, ¿Dónde reside? ¿En qué lugar del neocortex se encuentra la expresión de este libre albedrío llamada voluntad? La neurociencia nos dice que se anida en la llamada corteza prefrontal, ubicada en el extremo anterior del cerebro y que se encuentra poco desarrollada en los niños y adolescentes. Esta es la estructura que domina por sobre los instintos y que planifica y decide, es decir, es la encargada de realizar las funciones ejecutivas del cerebro.

Para que una neurona dispare, es decir, para que origine un impulso eléctrico que se propague, necesita que otra neurona le transmita el impulso. De allí se deduce que toda transmisión neuronal necesita de un impulso previo. A partir de esta información se hace obvio que no hay libre albedrío. Toda actividad neuronal deriva de la actividad neuronal previa, la que es moldeada por el ambiente desde los primeros instantes de existencia del cerebro embrionario. Todo lo que ya está depende de lo que ya fue, y la única manera de modular y moldear la red neuronal es a través de los impulsos sensoriales, o la aplicación de estímulos eléctricos o de fármacos, puesto que ningún impulso eléctrico se origina por sí mismo. ¿No es así?

Pues no tan rápido. Existe cierto tipo de neuronas, que se encuentran especialmente en la corteza cerebral, que tienen la capacidad de iniciar un impulso nervioso por sí mismas. O sea, que no necesitan un estímulo previo para disparar. Exhiben un automatismo similar al de las células que controlan la frecuencia de latidos del corazón. Pero aun así, el hecho de que una neurona dispare depende del resultado de múltiples estímulos excitadores e inhibidores que le llegan de sus congéneres.

Pues bien, la voluntad y el libre albedrío deben originarse en estas neuronas especiales. Pero aun el disparo de estas neuronas automáticas depende de un conjunto de procesos electroquímicos en su interior que darán como resultado lo que se denomina un potencial de acción. Finalmente, toda acción o decisión tomada por un ser humano depende de procesos físicos, químicos y eléctricos en el interior de las neuronas que estarán determinados por procesos anteriores. Al fin y al cabo la voluntad y el libre albedrío son procesos deterministas, pero este determinismo se encuentra oculto dentro de la complejidad de las conexiones neuronales que da la impresión de libertad, de poder de libre decisión.

Todo es cuestión de complejidad y de la teoría del caos. Dos pensamientos, dos acciones, dos decisiones, nunca serán iguales porque los sistemas caóticos son muy sensibles a las condiciones iniciales, y en el cerebro, es imposible reproducir las mismas condiciones iniciales dada su enorme complejidad. Nuestra libertad es solo una ilusión, una propiedad emergente de la complejidad. Espero que estemos de acuerdo en eso.

Ahora que ya usted sabe que nuestras decisiones se encuentran en realidad completamente determinadas, analicemos la siguiente situación de encrucijada. Supongamos que alguien debe tomar una decisión importante escogiendo entre dos opciones, pero su valoración de la situación, tendencias genéticas y experiencia determinan que las probabilidades sean las mismas para ambas opciones.

Desde luego, es extremadamente difícil encontrarse en una situación de dos opciones exactamente equiprobables en un cerebro complejo que cambia su patrón de actividad de un segundo a otro, pero digamos que la decisión debe tomarse rápido. Pues bien, en una situación así es posible que el disparo de una sola neurona estimulando una sola sinapsis sea suficiente y determinante en la escogencia final (¿recuerda el batir de las alas de la mariposa?). Si la sinapsis se activa, la persona escogerá la opción A, y si no se activa, escogerá la B.

Voy a poner la situación en perspectiva. En el cerebro humano existen alrededor de 100,000,000,000,000 (cien billones) de sinapsis o sitios de comunicación entre neuronas. Pero en algunas circunstancias es posible que baste la activación de una sola de estas sinapsis para cambiar el resultado del patrón de activación, cambiando un comportamiento o una decisión. ¡Eso es lo que yo llamo “vivir al filo de la navaja”!

La activación de una sola neurona que cambia una decisión es un bonito ejemplo del Efecto Mariposa, sin embargo quiero llevarlo un paso más allá de tal forma que usted pueda apreciar en toda su magnitud las consecuencias de las pequeñas acciones y su relación con el libre albedrío.

La decisión depende de una sola neurona. ¿Pero qué determinará que la neurona dispare o no? Imaginémonos que se trata de una neurona de disparo automático. El hecho de que dispare depende del voltaje dentro de la célula. Al alcanzarse cierto voltaje denominado umbral, se abren automáticamente en la membrana de la neurona una gran cantidad de canales iónicos que harán que la polaridad se invierta iniciando el disparo. Ahora, supongamos que el voltaje en la neurona está alcanzando el umbral. En milésimas de segundo el voltaje se acerca al requerido y en el momento preciso de la toma de la decisión, se alcanza y el individuo escoge la opción A. Si no se ha alcanzado el umbral el individuo toma la decisión B.

Imaginemos ahora que la diferencia entre estos dos voltajes (el que activa el disparo y el que no) es pequeñísimo, tal vez del orden de mil millonésimas de voltio. Esta diferencia podría estar determinada por la posición de un solo electrón dentro de la neurona, de tal forma que si la partícula está cerca de la membrana se alcanzará el umbral, pero si está algo alejada no se alcanzará.

Aquí ya hemos reducido la toma de la decisión, no a la acción de una neurona, sino a la posición de un electrón. ¡Increíble!

Superposición, colapso de la función de onda y decoherencia cuántica

La decisión sigue siendo, en principio, determinista. Sin duda depende de la posición del electrón dentro de la célula, más sin embargo la mecánica cuántica nos reta con un interesante problema. ¡Resulta que el electrón está en varios sitios a la vez! En el momento de la decisión la partícula está cerca de la membrana y a la vez está lejos. Al hecho de que una partícula subatómica como el electrón se encuentre en muchas partes al mismo tiempo se le denomina superposición cuántica, y no es hasta que la partícula interactúa con otra emitida por algún aparato de medición que la posición se materializa. Pero antes de eso, se encuentra en una especie de limbo cuántico.

Ilustraré esto con un experimento mucho más familiar. Tire usted dos monedas a la vez. Existen tres resultados posibles: la probabilidad de que obtenga dos caras será del 25%; la de que obtenga dos escudos será del 25%, y finalmente la probabilidad de obtener una cara y un escudo (sin importar el orden) será del 50%. Usted conoce la probabilidad de cada una de las tres ocurrencias, sin embargo antes de tirar las monedas ignora completamente cual será el resultado. Esta ignorancia es el equivalente a la superposición cuántica. El electrón está en un determinado lugar con cierta probabilidad, pero no es sino hasta que se lleva a cabo la interacción con la otra partícula que el electrón obtiene una posición bien definida. La partícula que interactúa sería entonces una especie de “testigo” de la materialización de la posición del electrón. Es decir, la realidad de la partícula no se manifiesta plenamente a menos que haya un observador o testigo que provoque lo que se denomina “colapso de la función de onda” del electrón.

¿Por qué estos efectos cuánticos no se manifiestan en nuestra vida cotidiana? Después de todo sería interesante poder estar en varios sitios a la vez. Y para ver lo que sucede a escalas de tamaño mayores que las de las partículas subatómicas, continuemos tirando monedas.
Repita el experimento de tirar dos monedas varias veces. Digamos, tres veces. Una posibilidad es que usted obtenga el siguiente conjunto de resultados:

Dos caras: dos veces, dos escudos: una vez.

O podría obtener este otro conjunto:

Dos caras: una vez, una cara y un escudo: dos veces.

Estos, entre otros conjuntos de resultados posibles.

En realidad, usted ignora completamente el conjunto de resultados que obtendrá en tres repeticiones del experimento. Pero, ¿Qué tal si en lugar de tres repetimos el experimento mil veces? En este caso, veremos con mucha certeza que muy cerca del 25% de las veces caerán dos caras, del 25% dos escudos, y del 50% una cara y un escudo, las mismas probabilidades que para un solo experimento. El conjunto de resultados se puede predecir con bastante exactitud con la condición de que el experimento se repita un elevado número de veces.

Cuando realizamos el ensayo muchísimas veces la incertidumbre se convierte cada vez más en certeza, y esto es exactamente lo que observamos cuando juntamos muchas partículas. Vemos que la posición promedio de las partículas corresponde a las posiciones más probables de cada una, y es por eso que ni nosotros ni los objetos que nos rodean podemos estar en varios sitios a la vez haciendo malabares cuánticos. Los efectos cuánticos se pierden completamente en la escala de tamaños de nuestra vida cotidiana. A este fenómeno de aparente pérdida de la superposición surgido de la colectividad de partículas se le denomina “decoherencia cuántica”.

La superposición cuántica no es importante para objetos inanimados o sistemas sencillos, como su refrigeradora o su escritorio, pero en los sistemas complejos regidos por las leyes del caos, se vuelve crucial. Volviendo a la decisión influida por la posición del electrón, imaginemos ahora que dicha decisión consiste en decir sí o no a una propuesta de matrimonio. Si la muchacha dice sí, se casará y tendrá dos hijos. Uno de ellos crecerá para ser un líder bélico que llevará a la humanidad a la autodestrucción. Si la muchacha dice no, el líder nunca nacerá, la humanidad prosperará pasando a la era del transhumanismo y finalmente desarrollará la tecnología para vencer la muerte del universo. ¡Gran responsabilidad para un sencillo electrón!

Y las figuritas de acción de G.I.Joe,
 ¿Será que tienen libre albedrío?
En la realidad todas las partículas dentro de cada neurona, y a la vez muchísimas neuronas, se encuentran involucradas en las acciones de un ser humano o alguna otra entidad biológica poseedora de conciencia. Todas estas partículas se encuentran en superposición cuántica, y es la interacción de las unas con las otras la que producirá un comportamiento, sea este consciente o no. Sin embargo, lo interesante del asunto es lo siguiente: bastaría con colapsar la función de onda de un solo electrón para inclinar la balanza a favor de una decisión, y así, afectar el curso del universo. Para una conciencia inmaterial, o incluso de naturaleza cuántica, esta acción resultaría sencilla. Más aun, bastaría la manipulación de unas cuantas partículas dentro de neuronas especiales ubicadas principalmente en la corteza prefrontal para controlar las acciones de un cerebro (o al menos aquellas acciones atribuibles a la mente consciente).

De esta manera, la mecánica cuántica resucita el viejo dualismo mente-cuerpo, previamente enterrado por el determinismo absoluto e implacable de la física newtoniana. De este modo, se abre de nuevo la posibilidad de la existencia de formas de consciencia cuántica que interactúen con el mundo físico, especialmente con los sistemas complejos llamados cerebros. Así, resurge la espiritualidad como una alternativa real al existencialismo puro en la vida del hombre.

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