Informe BBC. A pesar de los avances en los estudios del cerebro, la pregunta de qué es la conciencia y cómo surge sigue siendo un misterio.

Dos estudios recientes realizados en el Instituto de Neurociencias deL Trinity College DE Dublin, Irlanda, sugieren que la respuesta a ese misterio podría estar en la física cuántica.

En el mundo cuántico las certidumbres de la física clásica dejan paso a una dimensión de probabilidades. Y también se registran fenómenos que pueden parecer extraños, como la conexión entre objetos aunque estén distanciados.

Ambos estudios, publicados en la revista Journal of Physics Communications, indican que nuestros cerebros podrían funcionar como computadoras cuánticas.

Si se confirman los resultados de los investigadores, podrían ayudar a comprender no solo cómo funciona el cerebro, sino qué sucede cuando hay un deterioro cognitivo por la edad o por enfermedades. 

Clásico vs cuántico 

En el reino de la física clásica, que incluye desde una mesa hasta los planetas, los objetos tienen ubicaciones y velocidades definidas. En la física de lo muy pequeño, la escala cuántica, en cambio, las partículas no tienen ubicaciones fijas, sino una probabilidad de que existan en un lugar y momento determinados. 

En esta escala se da también el llamado entrelazamiento cuántico, un fenómeno que ocurre cuando dos partículas están tan conectadas que lo que le sucede a una afecta de forma inmediata a la otra, sin importar a qué distancia se encuentren entre sí. "La física tradicional se encarga de explicar los efectos macroscópicos que observamos", dijo a BBC Mundo el científico español David López Pérez, doctor en neurociencias y coautor de ambos estudios. "La física cuántica suele ser probabilística ya que no podemos nunca saber a ciencia cierta en que se convertirá una cosa en concreto".

¿En que consistió el experimento? 

En el primero de los estudios, López Pérez y su coautor, Christian Kerskens, deL Trinity College, usaron máquinas de resonancia magnética modificadas para escanear los cerebros de 40 individuos. Para obtener imágenes de resonancia magnética (MRI, por sus siglas en inglés) imanes potentes hacen que las partículas magnéticas del cuerpo se alineen en la misma dirección. 

El movimiento de la materia dentro del cuerpo puede entonces ser observado. En el caso del estudio, lo que los científicos observaron en el escáner fue el comportamiento de protones en el cerebro. "El cerebro tiene mucha cantidad de agua. En las resonancias magnéticas se manda una señal, un pulso para que los protones en el agua se exciten, y luego vuelvan a su posición original", explicó López Pérez. 

"Es como cuando tienes una fiesta. Están todos hablando unos con otros y de repente el DJ pone la música que a todo el mundo le gusta y todos se giran hacia el DJ para escuchar la música. Y cuando acaba esa música cada uno vuelve a lo que estaba haciendo. Eso es lo que se hace en resonancias magnéticas para medir los protones del agua". 

Los científicos constataron en ese experimento que se registraba una entrelazamiento cuántico entre los protones del cerebro. "Los protones interactúan entre sí, es como que están ahí separados y de repente se establece una relación". "El experimento es algo que no se había hecho hasta ahora, porque nosotros lo que hicimos fue saturar la señal. Es como si el DJ estuviera poniendo la mejor música todo el rato y siempre tuvieras a las personas mirándole. Es en ese momento que vemos esos efectos".

¿Qué tiene que ver ese entrelazamiento con la conciencia? 

Para explorar el funcionamiento del cerebro los investigadores aplicaron una herramienta desarrollada en el pasado para intentar probar un fenómeno llamado "gravedad cuántica". Esa herramienta señala que cuando hay dos sistemas cuánticos conocidos que interactúan con un sistema desconocido, si los sistemas conocidos se entrelazan, entonces el desconocido también debe ser un sistema cuántico. "Esto evita las dificultades de encontrar dispositivos de medición para algo de lo que no sabemos nada", explicó Kerskens. 

En el experimento con el MRI, los sistemas conocidos son los protones que se entrelazan. Y el sistema desconocido con el que interactúan es la función cerebral. "Nosotros afirmamos que los protones están entrelazados porque hay una función que está mediando ese entrelazado, y para nosotros esa función es la conciencia que hace de mediadora", señaló López Pérez. "No podemos medirla directamente, pero medimos los protones". 

El científico explicó a BBC Mundo que "la gravedad cuántica es un mundo puramente teórico que todavía no se ha explicado experimentalmente, que quiere unir dos teorías que a priori no son compatibles (la mecánica cuántica y la teoría de la relatividad). 

Para ello han creado la figura del graviton, que es algo que no se sabe cómo es pero que sería el puente entre las dos teorías". "Es como si tuviésemos a dos personas con diferentes opiniones políticas que no son capaces de llegar a ningún tipo de acuerdo, que gracias a un negociador pueden poner sus diferencias a un lado y sentarse a hablar". 

"En el cerebro proponemos algo parecido. Nosotros proponemos que la manera en que funciona nuestra señal de MRI no se puede explicar de una manera clásica". "Observamos que los protones se entrelazan, pero no sabemos ni cómo ni por qué. 

Pues lo que hemos hecho es coger las ideas de la gravedad cuántica y proponer que existe un mediador en ese proceso que permite que eso pase. Ese mediador para nosotros es la conciencia". Los científicos comenzaron a pensar en la relación con la conciencia debido a un paciente que se quedó dormido. "En un principio no pensamos que existiera una relación con la conciencia. Esta idea nos vino de un participante que pidió perdón por haberse dormido en el escáner", afirmó López Pérez. 

"Observamos como la señal decaía en el momento en que el participante se durmió dentro del escáner para volver a aparecer en el momento en que se despertaba. Entonces empezamos a pensar que existía la posibilidad de una relación con el estado consciente del participante". "Es la única explicación que encontramos, pero necesitamos reproducir el experimento y realizar un estudio más avanzado que nos permita demostrar lo presentado en los dos estudios que hemos publicado recientemente".

El papel del corazón 

Los científicos también observaron una relación entre la señal de entrelazamiento y el funcionamiento del corazón. "Nuestra señal es muy sensible a cualquier perturbación y la señal que parte del corazón seguramente interrumpa el entrelazado y de ahí que nuestra señal se asemejaba a la de un electrocardiograma", señaló López Pérez. 

El científico explicó que la señal de entrelazamiento es muy sensible. "Si estás en el MRI y te mueves la señal se pierde". "Y el corazón lo que hace es que está todo el rato mandando sangre. Cuando la sangre entra al cerebro, éste se expande y se contrae. Cuando se expande, el flujo cefalorraquídeo sale y la sangre entra. Cuando se contrae se va la sangre y el líquido vuelve". 

"Entonces ese movimiento nosotros creemos que es lo que genera el cambio de la señal, porque estamos perdiendo esa relación cuántica por culpa del movimiento por un momento muy breve". Los científicos colocaron un pulsómetro en el dedo de los participantes para medir el flujo sanguíneo.

 "Encontramos que los cambios en la señal de entrelazamiento y el latido del corazón estaban bastante acoplados temporalmente, estaban en sincronía". 

¿Qué aplicaciones futuras puede tener la investigación? 

En un segundo estudio los investigadores demostraron que las señales del entrelazamiento también dependían de la edad de los participantes. En ese segundo experimento se obtuvieron imágenes de resonancia magnética de dos grupos de pacientes diferenciados por edad. 

Uno de ellos tenía personas de 18 a 30 años, y otro personas de 65 años o más. "Lo que vimos es que con la edad había cambios bastante importantes en la señal". "Es algo que todavía no podemos explicar. También hicimos un piloto con unos pocos pacientes con depresión. Eran pocos, pero parecía que también las señales eran diferentes". 

"Entonces ¿qué está pasando ahí con el entrelazado? ¿Es que esas comunicaciones cerebrales ya no funcionan bien?" "Sabemos que con la edad hay muchísimos cambios estructurales en el cerebro, se hace más pequeño, te sube la tension, el flujo sanguíneo cambia". 

"Tal vez en el futuro estos estudios se puedan utilizar para generar algún tipo de medicamento". Kerstens señaló que "debido a que las funciones cerebrales también se correlacionaron con el rendimiento de la memoria a corto plazo y la conciencia, es probable que los procesos cuánticos sean una parte importante de nuestras funciones cerebrales cognitivas y conscientes".

Cerebro cuántico

Los investigadores señalan que el siguiente paso es realizar estudios a mayor escala. "Nosotros lo que intentábamos con los experimentos era básicamente probar que el cerebro se puede comportar de una manera cuántica. Queríamos poner evidencia física de algo sobre lo que se ha venido hablando durante muchos años. Porque se hacen conjeturas de que el cerebro puede ser cuántico desde los tiempos en que empezó la mecánica cuántica, en los años 30 o 40", señaló López Pérez. "Pero nadie lo ha podido probar".

"En el estudio lo que intentamos hacer es continuamente descartar la física clásica para probar que al final el cerebro se comporta de una manera cuántica".

El científico español señaló que con la física clásica se pueden explicar muchos aspectos del cerebro, como los cambios en el flujo sanguíneo o la activación de las neuronas. "Pero la consciencia, por ejemplo, es algo que no se entiende".

"Yo creo que si queremos entender el cerebro tenemos que bajar un nivel más a la escala cuántica".

"Con este estudio esperamos poner nuestro granito de arena en el campo de la neurociencia y seguir una línea de investigación (el mundo cuántico). Hasta ahora se había teorizado sobre ello (aunque para muchos este tipo de entrelazado no puede existir en un cuerpo caliente y húmedo como es nuestro cerebro), pero no se había encontrado una prueba científica como la que nosotros presentamos".

Para Kerstens, "los procesos cerebrales cuánticos podrían explicar por qué aún podemos superar a las supercomputadoras cuando se trata de circunstancias imprevistas, toma de decisiones o aprendizaje de algo nuevo. Nuestros experimentos … pueden arrojar luz sobre los misterios de la biología y sobre la conciencia".