Una teoría matemática para explicar las alucinaciones psicodélicas

A veces los patrones pueden surgir espontáneamente del disparo aleatorio de las neuronas en el córtex (ruido de fondo interno, en oposición a los estímulos externos) o cuando una droga psicoactiva u otro factor influye en la función normal del cerebro y aumenta el disparo aleatorio de las neuronas. Esto se cree que es lo que sucede cuando alucinamos. / qthomasbower/Flickr

Decadas antes de que el llamado “gurú de las drogas”, Timothy Leary, expeimentara con LSD y otras dorgas psicodélicas en la Universidad de Harvard, un joven llamado Heinrich Kluver ya experimentaba en su laboratorio con las mismas sustancias. 

Un dia de la década de los veinte, en su laboratorio e la Universidad de Minnesota (estados Unidos), ingirió peyote, una sustancia psicodélica que se saca de la parte superior del cactus Lophophora williamsii. Kluver documentó con detalle la manera en que cambió su campo visual y describió patrones encontrados en pinturas rupestres, en obras de Joan Miró. Su teoría? Estas formas eran innatas la visión humana y las clasificó en cuatro patrones que denominó “constantes de forma”: celosías (cuadros, paneles y triángulos) túneles, espirales y telarañas. 

Según Quanta Magazin, unos cincuenta años después, en la Universidad de Chicago, Jack Cowan reproduciría estas formas alucinantes como constantes matemáticas, creyendo que podrían dar pistas para desenredad el circuito matemático del cerebro. En ese entonces, informaron que la actividad eléctrica de las neuronas en la primera capa de la corteza visual podría traducirse directamente en las formas geométricas que las personas suelen ver cuando están bajo la influencia de los psicodélicos. "La matemática de la forma en que está conectada la corteza cerebral produce solo este tipo de patrones", explicó Cowan recientemente a Quanta. 

En ese sentido, lo que vemos cuando alucinamos refleja la arquitectura de la red neuronal del cerebro. Pero nadie podría descubrir con precisión cómo el circuito intrínseco de la corteza visual del cerebro genera los patrones de actividad que subyacen a las alucinaciones.

Una nueva hipótesis apunta a una variación del mecanismo que produce los llamados "patrones de Turing". En 1952, el matemático británico Alan Turing propuso un mecanismo matemático para generar muchos de los patrones repetitivos comúnmente vistos en biología: las rayas de tigres o peces cebra, por ejemplo, o manchas de leopardo. 

Los científicos han sabido por algún tiempo que el mecanismo clásico de Turing probablemente no pueda ocurrir en un sistema tan complicado como el cerebro. Pero un colaborador de Cowan's, el físico Nigel Goldenfeld de la Universidad de Illinois, Urbana-Champaign, ha propuesto un giro en la idea original que tiene en cuenta el ruido del cerebro. 

De acuerdo con la periodista científica Jennifer Ouellette, las imágenes que "vemos" son esencialmente los patrones de las neuronas excitadas en la corteza visual. La luz que se refleja en los objetos de nuestro campo de visión entra en el ojo y se enfoca en la retina, que está llena de células fotorreceptoras que convierten esa luz en señales electroquímicas. Estas señales viajan al cerebro y estimulan las neuronas en la corteza visual en patrones que, en circunstancias normales, imitan los patrones de reflejo de la luz en los objetos de su campo de visión. 

Pero a veces los patrones pueden surgir espontáneamente del disparo aleatorio de las neuronas en el córtex (ruido de fondo interno, en oposición a los estímulos externos) o cuando una droga psicoactiva u otro factor influye en la función normal del cerebro y aumenta el disparo aleatorio de las neuronas. Esto se cree que es lo que sucede cuando alucinamos.

Entonces, la explicación a porqué vemos lo que vemos cuando consumimos sustancias psicotrópicas sería, según Cowan y sus colaboradores, que estos patrones resultan de cómo se representa el campo visual en la primera área visual de la corteza visual. "Si abrieras la cabeza a alguien y observaras la actividad de las células nerviosas, no verías una imagen del mundo a través de una lente", dijo Peter Thomas, un colaborador de Cowan que ahora se encuentra en la Case Western Reserve University. 

En cambio, Thomas explicó a Quanta que "la imagen sufre una transformación de coordenadas a medida que se mapea en la corteza. Si la actividad neuronal toma la forma de rayas alternas de neuronas que disparan y no disparan, percibes diferentes cosas dependiendo de la orientación de las rayas. Usted ve anillos concéntricos si las rayas están orientadas en una dirección. Usted ve rayos o formas de embudo que emanan de un punto central, la luz proverbial al final del túnel común en experiencias cercanas a la muerte, si las rayas son perpendiculares a eso. Y ves patrones en espiral si las rayas tienen una orientación diagonal".

 ¿Pero porqué percibimos estas imágenes espontáneamente, bajo influencia? Turing sugirió que los patrones como las manchas son resultados de la interacción entre dos sustancias que se propagan en un sistema. Se funden a distintas velocidades y dan a lugar parches con distintas composiciones químicas. Pero nunca lo aplicó a un problema biológico real. 

Para el caso del cerebro bajo la influencia de las drogas psicodélicas, y según Cowan y Ermentrout, las neuronas serían las sustancia en la lógica de Turing, es decir, ativadores o inhibidores de la propagación de una reacción química. 

“Las neuronas activadoras estimulan a las células cercanas a disparar también, amplificando las señales eléctricas, mientras que las neuronas inhibidoras apagan a sus vecinos más cercanos, apagando las señales. Los investigadores notaron que las neuronas activadoras en la corteza visual estaban conectadas principalmente a las neuronas activadoras cercanas, mientras que las neuronas inhibitorias tendían a conectarse a neuronas inhibitorias más alejadas, formando una red más amplia. Esto es una reminiscencia de las dos velocidades de difusión químicas requeridas en el mecanismo clásico de Turing, y en teoría, podría dar lugar espontáneamente a rayas o puntos de neuronas activas dispersas en un mar de baja actividad neuronal. Estas rayas o puntos, según su orientación, podrían ser lo que genere percepciones de celosías, túneles, espirales y telarañas”, explica Ouellette. 

Los investigadores dicen que el hecho de que los procesos teóricos de Turing parecen estar funcionando en estos contextos biológicos agrega credibiidad a la teoría de que el mismo mecanismo ocurre en la corteza visual. 

 "No existe una correlación directa entre la forma en que programamos las computadoras" y cómo funcionan los sistemas biológicos, dijo Weiss.