Gerald Edelman y las funciones superiores del cerebro

(Edelman y la molécula de la gammaglobulina)

Image hosted by The Milton Erickson Foundation
http://erickson-foundation.org/1112/images/edelman-1972-300x224.jpg

Gerald Edelman, premio Nobel de Medicina en 1972, es hoy fundamentalmente conocido por su teoría acerca del origen de la conciencia. Pero en los orígenes de sus indagaciones sobre la responsabilidad de la selección de grupos neuronales en el establecimiento de funciones cerebrales superiores, están sus estudios sobre el sistema inmunológico que propiciaron su concesión del Premio Nobel. La selección clonal es propia de dicho sistema puesto que, como sistema evolutivo que es, es un sistema renovable; es decir, en su primer repertorio siempre son generadas nuevas variantes. En el Sistema Nervioso Central parecen ser las sinapsis los elementos renovables pero lo que sucede es que todavía sigue conociéndose poco acerca de su repertorio original, a diferencia de lo que sucede, por ejemplo, con el sistema inmunológico. Muchas de las predicciones al respecto de Edelman están siendo confirmadas en nuestros días. Y así, desde hace tiempo se sabe que los grupos celulares y no las células simples, son las unidades funcionales a considerar en el estudio de la conciencia. A su vez, la superposición funcional entre axones parece hoy evidente, produciéndose un fenómeno de redundancia que se manifiesta, electrofisiológicamente, en señalizaciones de reentrada, especialmente en grupos neuronales de las zonas talámica-cortical y límbica-reticular. Las señalizaciones de reentrada en fases implican asociaciones en paralelo entre patrones ya almacenados e inputs sensoriales o internos. La conciencia surgiría como el resultado del acceso de grupos neuronales a un rico repertorio de patrones multimodales asociativos, almacenados en la memoria a largo plazo como un resultado de experiencias pasadas.

Vernon Mountcastle y la organización cerebral

(laskerfoundation.org)

 

Dedicamos la entrada de este mes a glosar alguna de las contribuciones de uno de los gigantes vivos de la Neurociencia, Vernon Mountcastle que, a sus casi 96 años, es un coloso del estudio del cerebro como lo pueda ser un Sherrington. Mountcastle desafió el localizacionismo postulando que el cerebro es un sistema distribuido que sirve a una función distribuida. O, dicho de otro modo y por ejemplo, no hay nada intrínsecamente sensorial en el córtex sensorial, algo que no hay que confundir con la idea de equipotencialidad de Lashley (1949).

La unidad básica operativa en el neocórtex es la organización en columnas. Esto ya fue entrevisto por von Economo y por Lorente de Nó, pero fue Mountcastle (1957) quien inició el estudio de la conectividad cortical intrínseca y extrínseca. Y es que las unidades básicas de la corteza son minicolumnas constituidas por la migración de neuronas desde el epitelio germinal del tubo neuronal a lo largo de las células gliales radiales. Una columna cortical es una unidad de procesamiento complejo distribuido. Es curioso cómo las columnas activas se aíslan funcionalmente de sus vecinas, en un mecanismo llamado "inhibición pericolumnar". Esta inhibición tiende a limitar la expansión lateral de la actividad de los conjuntos de columnas más fuertemente activados por los estímulos locales. Sin embargo, las funciones complejas ejecutadas por estas unidades no están localizadas en alguna de sus partes. Residen en la propia actividad dinámica de tales unidades. Esto explica el porqué las lesiones locales no destruyen totalmente el funcionamiento del sistema sino que más bien lo van degradando.





La Biblia de la Neurociencia Computacional

Realizamos este mes un somero análisis de la que, sin duda, sigue siendo la fuente obligada de referencia para cualquier estudioso de la Neurociencia Computacional y de las redes neuronales. Se trata del "Handbook of Brain Theory and Neural Networks", editado por Michael A. Arbib en The MIT Press y cuya segunda edición es de 2002. Organizado en más de 250 breves artículos, escriben en él los más prestigiosos especialistas en las diversas materias. Y así, John Barnden introduce a la relación entre Inteligencia artificial y redes neuronales, James Anderson nos habla acerca de redes asociativas, introduciendo alusiones a la Psicología, Paul Werbos nos expone los desarrollos básicos de la propagación hacia atrás de redes, Wang y Blum sobre redes neuronales y sistemas complejos, Widrow y Lehr sobre perceptrones, David Lowe sobre redes radiales o Kenji Doya sobre redes recurrentes. Pero también hay artículos en los que se conecta la biología de los procesos neuronales y su modelización como, por ejemplo, el de Idan Segev sobre procesamiento en las dendritas, el de Crepel y colaboradores sobre el estudio de la plasticidad sináptica en el cerebelo o el de Schüz sobre neuroanatomía y computación. Incluso no faltan referencias filosóficas, como el de Andy Clark sobre Filosofía y Conexionismo. En total, más de 1000 páginas dedicadas al cerebro y su modelización en el que, hasta ahora, es el mayor esfuerzo nunca realizado de síntesis acerca de nuestros conocimientos actuales al respecto. Sirva esta sintética referencia para que el lector de este blog, interesado en la Neurociencia Computacional, acuda a este manual como un auténtico "must be read" en el campo. Sin duda, lo agradecerá.

Cajal, gimnasia cerebral y UNOBRAIN

En 1892 Ramón y Cajal observó cómo aumentaba la complejidad de las prolongaciones de las células piramidales. Dos años después, Cajal usaba la palabra "plasticidad" para referirse a las expansiones celulares. El aumento de conexiones neuronales sería un mecanismo plástico en respuesta a los estímulos continuados. El ejercicio mental generaría un mayor desarrollo de las dendritas, estableciéndose asociaciones entre ciertos grupos de células que se consolidarían por medio de la multiplicación de las colaterales nerviosas. Pero aún más allá, podrían establecerse conexiones intercelulares nuevas. Nacía así la teoría cajaliana de la gimnasia cerebral: "gracias a un cultivo inteligente, (las células piramidales) pueden multiplicar sus ramas, hundir más lejos sus raíces y producir flores y frutos cada día más exquisitos" (Ramón y Cajal, 1894).

Hace apenas un año, un grupo de jóvenes neuropsicólogos, nutricionistas, médicos y programadores españoles ha lanzado un interesante proyecto que explota estas viejas ideas de nuestro Premio Nobel. Se trata del programa UNOBRAIN (http://www.unobrain.com/).

"Unobrain cuenta con un gimnasio cerebral (UNOBRAINING), con programas personalizados de entrenamiento, compuestos por juegos que trabajan especialmente la atención, la memoria, el lenguaje y la velocidad de procesamiento del usuario. Además, se complementa con un programa de control del estrés (UNOZEN), que ayuda a que el socio controle sus ondas cerebrales mediante el uso de un casco de electroencefalografía y pueda aprovechar los beneficios científicos de la meditación. Por otro lado, el socio dispone de un menú cerebro-saludable (UNOMENU) interactivo que aporta numerosos beneficios al funcionamiento del cerebro; y de un programa de actividad física cardiocerebral (UNOGYM) que mejora las capacidades cognitivas y que maximiza el rendimiento cerebral."

Felicitamos desde aquí a Pilar Barjola, Marisa Fernández, Sonia Encinas, Luis Redondo, Álvaro Redondo, Martin Giacchetta y a todo su equipo por esta brillante idea. Suerte y los mejores deseos.

Interfaz cerebro-ordenador para la manipulación de objetos



http://consciouslifenews.com/wp-content/uploads/2012/11/sciam_brain-computer-interface.jpg

Planteamos en esta entrada del blog cómo recientes intentos por demostrar que el uso de técnicas como la Electroencefalografía (EEG) sirven para lograr que sujetos, mediante sus propias señales cerebrales, puedan manipular y transportar objetos, están desenfocados o incluso conllevan mala fe científica. Artículos aparecidos en prestigiosas revistas, como Nature (así  el de Musallam y colaboradores (2004)) o premiados, como el de Rao y otros (2008), publicado en el Journal of Neural Engineering, nos hablan de cómo personas impedidas pueden controlar prótesis o incluso robots humanoides simplemente a través de las señales cerebrales captadas por la EEG. Lo que los autores parecen ocultar o, cuando menos, no quieren darse cuenta de ello, es la influencia de los artefactos en lo que ellos presentan como puras y simples señales transmitidas por el cerebro. Porque la cuestión no reside en la mejora o no del ancho de banda de la señal electroencefalográfica sino en si se está intentando confundir a la comunidad científica. En efecto, ¿es qué movimientos reactivos en las cejas o en la frente de los sujetos, por ejemplo, no cuentan como señales (ruido) recogidas por el ordenador? Veamos.
Usando una respuesta de EEG visualmente evocada y que es producida cuando un objeto al que atiende el usuario cambia repentinamente (por ejemplo, flashes de luz), se elabora un algoritmo que proyecte todos los canales del EEG para formar una serie unitaria que sea máximamente discriminativa. La interfaz con el ordenador implementa parámetros para el procesamiento de datos como, por ejemplo, un filtro de proyección espacial y un clasificador lineal. Y, a continuación, se trata de que las señales recogidas por el EEG se encarguen de controlar un objeto, que puede ser desde un ratón de ordenador hasta un robot humanoide, como en el mencionado artículo de Rao y otros. Prescindiendo de cuestiones como, por ejemplo, la inevitable asincronía entre la intención del usuario y la respuesta del objeto, ¿de verdad las señales tomadas por el electro no van acompañadas del ruido producido por los leves movimientos inconscientes y automáticos generados por el propio usuario? ¿No estaremos confundiendo, como sucede en muchos procesos de detección de señales, señal con ruido?

El mito de la representación de la conectividad en redes cerebrales

(http://newsinfo.iu.edu/news/page/normal/17284.html)

En la última década venimos asistiendo al fuerte auge de lo que se está dando en llamar la "Neurociencia de redes", esto es, el estudio de la conectividad de redes cerebrales, mediante técnicas procedentes de la teoría de grafos. Testigo es el libro de Olaf Sporns, "Networks of the brain" (2010), cuya portada sirve de acompañamiento gráfico a esta entrada del blog. Siendo muy loable la empresa y más si se refiere a la búsqueda de un conectoma o mapa de conexiones "privilegiadas" en el cerebro, desde aquí quiero alertar del peligro y de la simplificación a la que puede abocar este propósito. La frenología de Gall y su consiguiente localizacionismo, ya fueron objeto de abandono hace muchos años. ¿Queremos ahora anclarnos en una especie de localizacionismo cerebral pero ahora de redes? ¿Podemos sentirnos mínimamente satisfechos con representaciones llenas de colorines de carreteras "primarias" y "secundarias" en el cerebro humano?

La teoría de grafos, una de las herramientas primordiales usadas en este proceso representacional sirve para lo que sirve, pero no debería ser tomada como la bolita de cristal de los futuros videntes del cerebro humano. Veamos. Nos interesa estudiar la evolución de propiedades en las redes cerebrales, ¿no? La teoría de grafos al azar de Erdos y Renyi es una buena herramienta. Se trata de crear conjuntos de grafos en los que se definen distribuciones relevantes de probabilidad. Muy bien, esta aplicación ha resultado especialmente exitosa en las ciencias sociales, en el estudio de la conectividad en INTERNET, en grafos de mundos pequeños, como ponen de manifiesto las contribuciones de Watts, por ejemplo. ¿Sirve igual para estudiar la conectividad cerebral? Cuidado, no confundamos el uso de una simple herramienta formal con la realidad. Unas manos en posición cóncava sirven para retener agua pero ¿usaríamos éstas como el medio de transporte adecuado para acarrear grandes cantidades de agua? Y no estoy hablando aquí simplemente de complejidad bruta, estoy hablando de más cosas, como, por ejemplo, de enrevesadísimas mezclas de dinámicas: deterministas, no deterministas, estocásticas...O que nos hemos creído, ¿que el cerebro humano puede reducirse a una especie de cabeza de maniquí estudiable a través de modelos límite, cual si fueran arquetipos?

Vayamos a las redes dinámicas o redes EVS de Trofimova. Ok, son muy interesantes. Cambiamos la probabilidad de distribución de una propiedad según vayan variando los valores de los parámetros de control. Tienen de bueno el que permiten una fluctuación residual de las propiedades, es decir, que superado un umbral, una buena cantidad de redes exhibiría la propiedad pero no todas. Esto quizá se empiece a parecer algo más a la auténtica dinámica cerebral, frente a la distribución de la probabilidad como una delta de Dirac en los grafos de Erdos. No obstante, ¿cuántos parámetros de control tenemos en el cerebro y cómo están distribuidos? No estamos aquí haciendo referencia a las típicas cuestiones de emergencia vertical o de emergencia horizontal. Estamos aludiendo al uso de instrumentos formales para todo. Verdaderamente, ¿disponemos de la Matemática suficiente, a día de hoy, para estudiar la conectividad cerebral o pensamos que el desarrollo actual de la teoría de grafos es suficiente? Sinceramente, cuando en algún estudio leo que tal sincronización o desincronización entre redes cerebrales puede subyacer a la manifestación de un síndrome neurológico determinado, no sé muy bien qué estoy leyendo. Simplemente, no entiendo qué se me quiere dar a entender.

Hanna Damasio y el estudio de la estructura cerebral

(Fotografía de Tim Rue-USC-)

En octubre de 2012 la profesora Hanna Damasio ha sido investida Doctora Honoris Causa por la Universitat Oberta de Catalunya (UOC). Sirva esta breve entrada del blog para felicitarnos por ello y para homenajear a la galardonada.

Si hemos de hablar de la aplicación de las más vanguardistas técnicas de neuroimagen para el estudio detallado de la estructura cerebral, no podemos dejar de hablar de la profesora Damasio, la autora de la primera cartografía detallada del cerebro en imágenes y cuyo lugar ya está reservado en la Historia a la altura de pioneros como Brodmann. Ella ha abierto el camino para la conexión entre lesiones cerebrales o actividades de toma de decisiones y las aportaciones propiciadas por la tomografía computarizada, la resonancia magnética funcional o la tomografía por emisión de positrones. Ella es también la máxima experta mundial en el desarrollo de las técnicas de parcelación. Usando marcas anatómicas visibles, como las circunvoluciones, se señalan regiones de interés que incluyen desde el hipocampo hasta el cuerpo calloso, por ejemplo. En resonancia magnética tridimensional, las marcas de las regiones de interés son transferidas a rodajas paralelas al plano del rostro de la persona para definir la región en cada imagen. El volumen del área se suma para dar un valor global. Este proceso casi artesanal está empezando a ser automatizado actualmente (un poco como en el proyecto Cajal Blue Brain se está haciendo con la localización de las sinapsis y de las espinas dendríticas) pero hasta hace poco requería el trazo a mano por la experta mano de un anatomista. Como lo es, ante todo, Hanna Damasio, en la tradición de los mejores fisiólogos de todos los tiempos.

Nace NEURODIDACTA

La Fundación MAPFRE (www.mapfre.com/fundacion) y la Fundación del Cerebro (www.feeneurologia.com) acaban de anunciar la puesta en funcionamiento del portal "Neurodidacta" , una interesante iniciativa que busca transmitir información acerca de las principales enfermedades neurológicas a pacientes, familiares y al gran público, en general. Cuenta con el apoyo de la Sociedad Española de Neurología (SEN-http://www.sen.es/) y de una serie de asociaciones de pacientes. La página se estructura en torno a una serie de cursos que mencionamos a continuación y que están redactados por prestigiosos especialistas de la Neurología. Dichos cursos podrán ser descargados a través de la página web del portal    (http://www.neurodidacta.es/es/):

Curso: Enfermedad de Parkinson y otros trastornos del movimiento.

Módulo 0: Enfermedad de Parkinson. Epidemiología, etiología y manifestaciones clínicas
Dra. María Rosario Luquín Piudo. Neuróloga. Clínica Universitaria de Navarra.
Módulo 1: Alimentación
Dra. Rocío García Ramos. Hospital Universitario Clínico San Carlos. Madrid.
Módulo 2: Tratamiento
Dra. María Rosario Luquin Piudo. Neuróloga. Clínica Universitaria de Navarra.
Módulo 3: Tratamiento no farmacológico
Dra. Rocío García Ramos. Hospital Universitario Clínico San Carlos. Madrid.
Módulo 4: Complicaciones motoras
Dr. Juan Carlos Martínez Castrillo. Hospital Universitario Ramón y Caja. Madrid.
Módulo 5: Síntomas no motores
Dr. Juan carlos Martínez Castrillo. Hospital Universitario Ramón y Caja. Madrid.
Coordinadora: Dra. Rocío García Ramos.

Curso: Epilepsia

Módulo 1: Historia natural y factores precipitantes
Dr. F. Javier López. Neurólogo. Hospital Universitario de Santiago de Compostela.
Módulo 2: Epilepsia en la mujer y el embarazo
Dr. F. Javier López. Neurólogo. Hospital Universitario de Santiago de Compostela.
Módulo 3: Diagnóstico
Dra. Rosa Ana Sáiz Díaz. Neuróloga. Hospital Universitario Doce de Octubre. Madrid.
Módulo 4: Tratamiento
Dra. Rosa Ana Sáiz Díaz. Neuróloga. Hospital Universitario Doce de Octubre. Madrid.
Módulo 5: Cómo actuar ante una crisis
Dra. Rosa Ana Sáiz Díaz. Neuróloga. Hospital Universitario Doce de Octubre. Madrid.
Módulo 6: Cuestiones relativas a aspectos educativos y laborales
Dra. Asunción de la Morena. Neuróloga. Hospital Infanta Cristina de Parla. Madrid.
Módulo 7: Cuestiones relativas a aspectos sociales
Dra. Asunción de la Morena. Neuróloga. Hospital Infanta Cristina de Parla. Madrid.
Coordinadora: Dra. Rosa Ana Sáiz Díaz.

Curso: Enfermedad de Alzheimer y otras demencias

Módulo 1: La enfermedad de Alzheimer y otras demencias
Dr. Marcos Llanero Luque. Neurólogo. Hospital La Moraleja. Madrid.
Módulo 2: La persona con enfermedad de Alzheimer
Dr. Marcos Llanero Luque. Neurólogo. Hospital La Moraleja. Madrid.
Módulo 3: El Cuidador de la persona con enfermedad de Alzheimer
Dra. Miriam Eimil Ortíz. Neuróloga. Hospital de Torrejón. Madrid.
Módulo 4: La Prevención en la enfermedad de Alzheimer
Dra. Miriam Eimil Ortíz. Neuróloga. Hospital de Torrejón. Madrid.
Módulo 5: Tratamiento de la enfermedad de Alzheimer.
Dr. Carlos López de Silanes de Miguel. Neurólogo. Hospital de Torrejón. Madrid.
Módulo 6: La investigación en la enfermedad de Alzheimer
Dr. Carlos López de Silanes de Miguel. Neurólogo. Hospital de Torrejón. Madrid.
Módulo 7: Papel de las Asociaciones de Familiares de pacientes con Alzheimer
Dra. Miriam Eimil Ortíz. Neuróloga. Hospital de Torrejón. Madrid.
Coordinador: Dr. Marcos Llanero Luque.

Curso: Esclerosis múltiple y enfermedades desmielinizantes

Módulo 0: Introducción. Las 20 preguntas más frecuentes
Dra. Mar Mendibe Bilbao y Dr. S. Boyero. Neurólogos. Hospital de Cruces. Vizcaya.
Módulo 1: Diagnóstico.
Dra. Pino López Méndez. Neuróloga. Hospital Universitario Insular de Gran Canaria.
Módulo 2: Tratamiento específico.
Dra. Virginia Araña Toledo y Dr. Santiago Día Nicolás. Neurólogos. Hospital de Gran Canaria Dr. Negrín
Módulo 3: Tratamiento sintomático.
Dra. Virginia Araña Toledo y Dr. Santiago Díaz Nicolás. Neurólogos. Hospital de Gran Canaria Dr. Negrín
Módulo 4: Calidad de vida
Dra. Montserrat González Platas. Neuróloga. Hospital Universitario de Canarias. Tenerife.
Módulo 5: Generalidades
Dra. María del Pino Reyes Yánez. Neuróloga. Hospital Universitario Insular de Gran Canaria.
Módulo 6: Situaciones Especiales
Dra. María del Pino Reyes Yánez. Neuróloga. Hospital Universitario Insular de Gran Canaria.
Coordinador: Dr. J. Rafael García Rodríguez.

Curso: Enfermedad de Parkinson y otros trastornos del movimiento

Módulo 0: Enfermedad de Parkinson. Epidemiología, etiología y manifestaciones clínicas
Dra. María Rosario Luquin Piudo. Neuróloga. Clínica Universitaria de Navarra.
Módulo 1: Alimentación
Dra. Rocío García Ramos. Hospital Universitario Clínico San Carlos. Madrid.
Módulo 2: Tratamiento
Dra. María Rosario Luquin Piudo. Neuróloga. Clínica Universitaria de Navarar.
Módulo 3: Tratamiento no farmacológico
Dra. Rocío García Ramos. Hospital Universitario Clínico San Carlos. Madrid.
Módulo 4: Complicaciones motoras
Dr. Juan Carlos Martínez Castrillo. Hospital Universitario Ramón y Cajal. Madrid.
Módulo 5: Sintomas no motores
Dr. Juan Carlos Martínez Castrillo. Hospital Universitario Ramón y Cajal. Madrid.
Coordinadora: Dra. Rocío García Ramos.

Curso: Ictus y enfermedad cerebro-vascular

Módulo 1: Anatomía y semiología
Dr. José María Ramírez Moreno. Neurólogo. Hospital Universitario Infanta Cristina.
Módulo 2. Definiciones. Causas. Epidemiología
Dr. José María Ramírez Moreno. Neurólogo. Hospital Universitario Infanta Cristina.
Módulo 3: Prevención de las enfermedades cerebrovasculares
Dr. A. García Pastor y Dr. P. Sobrino García. Neurólogos. Hospital Universitario Gregorio Marañanón. Madrid.
Módulo 5: RehabilitaciónDr. Carlos Tejero. Neurólogo. Hospital Clínico Universitario Lozano Blesa. Zaragoza.
Módulo 6: Complicaciones tras el ictusDr. Carlos Tejero. Neurólogo. Hospital Clínico Universitario Lozano Blesa. Zaragoza.
Módulo 7: ReintegraciónDr. Carlos Tejero. Neurólogo. Hospital Clínico Universitario Lozano Blesa. Zaragoza.
Módulo 8: Investigación
Dr. José María Ramírez Moreno. Neurólogo. Hospital Universitario Infanta Cristina.
Coordinador: Dr. José María Ramírez Moreno.

Curso: Enfermedades Neuromusculares

Módulo 1: Nuevas técnicas diagnósticas en enfermedades neuromusculares
Dr. Antonio José Gutiérrez Martínez. Neurólogo. Hospital Universitario Insular de Gran Canaria.
Módulo 2: Tratamiento sintomático y ayudas técnicas en las enfermedades neuromusculares
Dr. Antonio José Gutiérrez Martínez. Neurólogo. Hospital Universitario Insular de Gran Canaria.
Módulo 3: Dependencia
Dra. María de los Ángeles Ceballos Hernasanz. Neuróloga. Madrid.
Módulo 4: Fisioterapia respiratoria en las enfermedades neuromusculares
Dr. Alejandro Muñoz Fernández. Neumólogo. Hospital General de Elda. Alicante.
Módulo 5: Conceptos de accesibilidad para enfermedades neuromusculares
Dra. Lucía Galán Dávila y Dr. Óscar A. Cabeza Núnez - Milara. Neurólogos. Hospital Universitario Clínico San Carlos. Madrid.
Módulo 6: Nuevas terapias en las enfermedades neuromusculares
Dr. Antonio Guerrero Sola. Neurólogo. Hospital Universitario Clínico San Carlos. Madrid.

Coordinadora: Dra. Lucía Galán Dávila. 

Felicitamos a los promotores de esta excelente propuesta y nos congratulamos por la gran ayuda que va a suponer para la difusión del conocimiento de este tipo de patologías en toda la comunidad de habla hispana.

Mathematical Psychology in the University of Navarra: EMPG 2012

(Access the University of Navarra)

                                                          (Photo by Carlos Pelta)                                                

The annual Meeting of the "European Mathematical Psychology Group" (EMPG 2012) has been held at the University of Navarra (Pamplona, SPAIN), 29-31 August, 2012, and has been a great success. The key of this success has been Professor Christine Choirat, chair of the Meeting, whose excellent organization has been acknowledged by all concerned. Thanks to Professor Choirat and to the colaborators of the Faculty of Economics and thanks to the University of Navarra for receiving so favourably this Meeting. The next Meeting will be celebrated in Postdam (Germany).

Between some of the most interesting talks I will emphasize the following:
On Wednesday, Professor Jacqueline J. Meulman  (Leiden University) spoke in a plenary talk about the new approach developed in Leiden called nonlinear multidimensional data analysis. Professor Noventa (University of Padua) presented in colaboration with Professors Stefanutti and Vidotto, an analysis of item response theory and Rasch models based on the most probable distribution method. Professor Budescu (Fordham University) analyzed test-taking behavior showing that penalties for incorrect answers have detrimental effects for both Test-Takers and Test-Makers. Professor Hudry (Telecom ParisTech) showed the NP-hard nature of the computation of a linear order or of a complete preorder under remoteness conditions. Professor Doignon (Brussels) described a geometric interpretation of the relationship between the probability distribution on knowledge states and the derived distribution on response patterns. Professor Núñez-Antón in colaboration with Professors Arostegui and Quintana, talked about the comparation of the outcomes of eight techniques of logistic regression for studying data from depressive patients. Professor García-Pérez (Complutense University of Madrid) proposed a solution for the problem of residual analysis in contingency tables. Professor Carlos Pelta presented his computational system based on agents (PSICO-A) for teaching Psychology and the journey was closed by Professor Farina (Siena) with an experiment about choice reversal in anticipatory feelings.
On Thursday, Professor Rutherford (Keele University) developed a plenary talk about methodological problems concerning to the hypotheses to be tested in Psychology. Professor Colonius (University of Oldenburg) analyzed his Universal Fechnerian Scaling technique, a method for computing subjective distances among stimuli from their pairwise discrimination probabilities. In the afternoon Professors Erber, Goebel and Nan from Vienna, presented their systems for pattern recognition training by using visual feedback to the amputee.
Undoubtely the most emotive presentation of the Meeting was developed by Professor Jean-Claude Falmagne (University of California, Irvine), pioneer of the Mathematical Psychology and founder member of the European Mathematical Psychology Group. Professor Falmagne remembered the contribution and aspects of the life of the late Professor and friend Duncan Luce, one of the most important mathematical psychologists in 20th century.
Professor Alcalá-Quintana described an extension of her indecision model in psychophysics for producing second choices that are consistent with empirical data obtained under a second-choice paradigm without resorting to the increasing-variance assumption. The model uses a proper two-alternative forced-choice (2AFC) task with a three response format. Just at that moment Professor Laming (University of Cambridge) established a correlation between the 2AFC paradigm and data corresponding to psychophysics.
On the last day Professor Pigozzi (Paris Dauphine) developed an interesting plenary talk about her application of the labeled deductive systems theory to the psychological aspects of the argumentation. Professor Suck (University of Osnabrück) introduced his investigations about set valued random variables and Professor Induráin (UPN) spoke about results concerning to separability properties relative to semiorders (results obtained in colaboration with Professor Estevan and professors Candeal and Gutiérrez-García). Finally Professors Stefanutti, de Chiusole and Spoto (University of Padua) introduced their ideas on the basic local independence model, a restricted latent class model for probabilistic knowledge structures.

2012 European Mathematical Psychology Group Meeting (EMPG 2012)

(Universidad de Navarra)

Del 29 al 31 de agosto de 2012 tendrá lugar en la Facultad de Económicas de la Universidad de Navarra (Pamplona), el "12 Mathematical Psychology Group Meeting" (EMPG 2012). Esta prestigiosa reunión anual está organizada por la profesora Christine Choirat (Universidad de Navarra) y colaboran en la misma los profesores Carmen Aranda, José Luis Álvarez, Teresa Erroz, Marisa Oroz, Isabel Rodríguez, Stella Salvatierra y Raffaello Seri. El Comité Científico lo integran los profesores Denis Bouyssou, Hans Colonius, Jean-Paul Doignon, Jean-Claude Falmagne, Olivier Hudry, M. Ángel García-Pérez, Thierry Marchant y Esteban Induráin Eraso.

Los tres ponentes plenarios serán Jacqueline J. Meulman (Universidad de Leiden), Gabriella Pigozzi (Universidad de París Dauphine) y Andrew Rutherford (Universidad de Keele). El autor de este blog, Carlos Pelta, presentará el día 29, por la tarde, su desarrollo de un Sistema Tutor Inteligente para el aprendizaje de la Psicología. En el mes de septiembre publicaremos una recensión que resuma algunas de las contribuciones más interesantes de este Encuentro.

El amable lector podrá encontrar, a continuación, el enlace al programa de este importante evento de la Psicología en nuestro continente:

https://sites.google.com/site/empg2012/program

Un encuentro con las Neurociencias en Madrid

("Tractografía", imagen tomada de

la página web del CIEMAT)

Como ya se anunció en este blog, patrocinado por la Fundación Ramón Areces y organizado por José Luis Muñiz Gutiérrez (CIEMAT), tuvo lugar en Madrid el Simposio Internacional sobre "Neurociencias Madrid 2012". La magna reunión tuvo lugar en el Salón de Actos de la Fundación en Madrid y congregó a 16 expertos que disertaron acerca de todos los aspectos de la Neurociencia actual, desde la microestructura neuronal hasta la neurorregeneración.

El autor de este blog pudo acudir a algunas de las charlas y a continuación resaltará algunos de los aspectos más interesantes de las mismas.

En su intervención titulada "Sueño, conciencia y complejidad", el profesor Enzo Tagliazucchi (Goethe Universidad en Frankfurt), tras exponer los principios de la Electroencefalografía y tras constatar el carácter unitario de la conciencia, entendida ésta como la integración de procesos dinámicos (Tononi), expuso su hipótesis de la Integración/Segregación para analizarla. La conectividad consciente se daría en grupos neuronales integrados pero a la vez segragados, es decir, colectivos neuronales unidos a otros mediante "hubs" o conexiones de pocos nodos. La modularidad se vería incrementada durante el sueño, dándose un balance entre integración y segregación y, a su vez, entre correlación intramodular e intermodular. Obviamente, quedan muchas preguntas por resolver, al respecto como, por ejemplo, el origen de las fluctuaciones espontáneas.

El doctor Celso Arango impartió una interesante charla titulada "Aplicaciones clínicas de la imagen médica en la psiquiatría/salud mental". Hemos avanzado mucho en la investigación neurológica en las últimas dos décadas pero nos siguen faltando buenos comparadores normales. Expuso los trabajos del grupo del profesor Desco, en los que niños con talento matemático activaban los dos hemisferios cerebrales a la vez.

Muy reveladora para el autor de este blog fue la conferencia del profesor Hernández Tamames (Fundación Reina Sofía). De hecho, algunas de sus referencias teóricas y bibliográficas me servirán para mi propia investigación y por ello no puedo estarle más que agradecido. Realizando un completo repaso sobre técnicas de Neuroimagen y sobre técnicas de grafos comparando fenotipos, el profesor nos presentó árboles de conexiones cerebrales y los estudios de activación del córtex etorrinal realizados por su grupo de investigación. Los cambios en la volumetría de la sustancia blanca producidos en los cerebros de sujetos sometidos a entrenamiento mental con videojuegos, me llamaron mucho la atención.

El profesor Janssen (Hospital Gregorio Marañón) nos introdujo al ámbito de la neuroimagen estructural en adolescentes con psicosis y autismo. Sus resultados sobre menor girificación en el cerebro de pacientes con psicosis inicial, nos parecieron dignos de consideración.

Fascinante fue el marco experimental propuesto por el profesor Carmena (Universidad de Berkeley) y su grupo sobre el control cerebral de diversas prótesis. Variando muy ingeniosamente tareas de control manual de una palanca por macacos, encontraron la estabilidad de un circuito de 15 neuronas durante 20 días. La estabilidad de ese circuito neuronal facilitaría la memoria protésica motora.

La última sesión a la que pude asistir fue impartida por la investigadora Nazareth Castellanos (Centro de Tecnología Biomédica). Realizó un repaso de la Magnetoencefalografía, exponiendo tanto sus puntos fuertes como sus débiles y habló sobre la máquina Elekta Neuromag de 360 canales, recién adquirida por el equipo de investigación del profesor Fernando Maestú. Los estudios de Castellanos y colaboradores se han centrado últimamente en la elaboración e interpretación de caracterizaciones topológicas de redes neuronales en pacientes con problemas neurológicos.

Finalizamos agradeciendo a la Fundación Areces, al profesor Muñiz y al CIEMAT su excelente iniciativa por acercar al público universitario y al público en general a los sugerentes recovecos de la Neurociencia. No creo que durante este año, un acontecimiento como éste y tan estupendamente organizado, haya tenido parangón en toda Europa. Sin duda, en tiempos tan difíciles como los presentes es una excelente noticia tanto compromiso con la divulgación científica.

"Neurociencias Madrid 2012"

Los días 4 y 5 de julio de 2012 tendrá lugar el Simposio Internacional, "Neurociencias Madrid 2012: desde la neurona a las redes, desde los modelos de cerebro hasta la neurregeneración". Patrocinado por la Fundación Ramón Areces y coordinado por el profesor José Luis Muñiz Gutiérrez (CIEMAT), un prestigioso elenco de neurocientíficos ilustrará al público universitario y al público interesado, en general, sobre los últimos avances en el interdisciplinar campo de la Neurociencia. Agradecemos a la Fundación Ramón Areces su apuesta por el patrocinio de un acto de estas características y de esta importancia. Sin duda, demuestra una exquisita sensibilidad en la difusión de la ciencia de alto nivel en nuestro país. Agradecemos al profesor Muñiz sus desvelos y su trabajo por organizar un evento de tal magnitud. Finalmente, agradecemos a todos los ponentes su presencia. Seguro que la audiencia encontrará una muy buena excusa para la reflexión y el estímulo intelectual al acudir a estas Jornadas. Enhorabuena a todos por la iniciativa.

Los lectores de este blog encontrarán en el mes de julio una detallada reseña de aquellos aspectos de este Simposio de los que haya podido disfrutar el autor del mismo. A continuación podrán encontrar el Programa
  (http://www.fundacionareces.es/fundacionareces/portal.do?IDM=35&NM=1)

Programa

Coordinador:

José Luis Muñiz

Centro de Investigaciones Energéticas, Medioambientales y Tecnológicas (CIEMAT).

Presidente Grupo de Física Médica de Real Sociedad Española de Física (RSEF).

--------------------------------------------------------------------------------

Miércoles, 4 de julio

9:30 Apertura: Raimundo Pérez-Hernández y Torra

Director de la Fundación Ramón Areces.

María del Rosario Heras Celemín

Presidenta de la Real Sociedad Española de Física. (RSEF).

José Luis Muñiz

Presidente del Grupo de Física Médica de la Real Sociedad Española de Física (RSEF).

Coordinador del Simposio.

--------------------------------------------------------------------------------

10:00 La neurona de Jennifer AnistonRodrigo Quian Quiroga

Department of Engineering. University of Leicester. Reino Unido

--------------------------------------------------------------------------------

10:40 Estudio de la conectividad funcional en registros de alta densidad: cuando más es menosErnesto Pereda

Departamento de Física Básica. Universidad de La Laguna. Tenerife.

--------------------------------------------------------------------------------

11:20 Redes Complejas y epilepsia del lóbulo temporal. Focalizando fuera del foco la causa de las crisis focalesGuillermo Ortega

Unidad de Referencia Nacional para el Tratamiento de Epilepsia Refractaria.

Hospital Universitario de La Princesa. Madrid.

--------------------------------------------------------------------------------

12:00 Descanso

--------------------------------------------------------------------------------

12:30 Sueño, conciencia y complejidadEnzo Tagliazucchi

Goethe-University Frankfurt. Alemania.

--------------------------------------------------------------------------------

13:10 Visualización microscópica del cerebro desde los tiempos de Cajal hasta nuestros díasJavier de Felipe

Centro de Tecnología Biomédica (CTB). Universidad Politécnica de Madrid.

--------------------------------------------------------------------------------

13:50 Descanso

--------------------------------------------------------------------------------

16:00 Ritmos cerebrales buenos y malos: estudiando la dinámica neuronal normal y epilépticaLiset Menéndez de la Prida

Instituto Cajal. CSIC. Madrid.

--------------------------------------------------------------------------------

16:40 La física del "dolce far niente", ¿Qué hace el cerebro cuando no hace nada?Dante Chialvo

Neurophysiology Laboratory. University of California, Los Angeles. EE.UU.

--------------------------------------------------------------------------------

17:20 Aplicaciones clínicas de la Imagen Médica en la psiquiatría/salud mentalCelso Arango

CIBERSAM. Hospital General Universitario Gregorio Marañón. Madrid.

--------------------------------------------------------------------------------

18:00 Resumen día 1/Mesa Redonda

--------------------------------------------------------------------------------

Jueves, 5 de julio

10:00 Neuroimagen por Resonancia en Enfermedades Neurodegenerativas y NeurológicasJuan Antonio Hernández Tamames

Laboratorio de Neuroimagen del Centro de Tecnología Biomédica. Universidad Politécnica de Madrid.

Laboratorio de Análisis de Imagen. Universidad Rey Juan Carlos.

--------------------------------------------------------------------------------

10:40 Neuroimagen estructural en adolescentes con psicosis y autismoJoost Janssen

CIBERSAM. Hospital Universitario Gregorio Marañón. Madrid.

--------------------------------------------------------------------------------

11:20 Interfaces Cerebro-Máquina: aplicaciones básicas y clínicasJosé M. Carmena

Brain-Machine Interface Systems Laboratory.

University of California, Berkeley. EE.UU.

--------------------------------------------------------------------------------

12:00 Descanso

--------------------------------------------------------------------------------

12:30 Estudio de la recuperación del daño cerebral mediante MEGNazareth P. Castellanos

Laboratory of Cognitive and Computational Neuroscience. UCM-UPM. Centre for Biomedical Technology.

--------------------------------------------------------------------------------

13:30 Inmunología y Sistema Nervioso: conceptos básicos y aspectos clínicosJuan Antonio García Merino

Servicio de Neurología.

Hospital Universitario Puerta de Hierro Majadahonda.

--------------------------------------------------------------------------------

13:50 Descanso

--------------------------------------------------------------------------------

16:00 Células Madre neuronales. Caracterización electrofisiológica y desarrollo de una terapia celular para el tratamiento del Ictus IsquémicoJosefina María Vegara Meseguer

Universidad Católica San Antonio de Murcia.

--------------------------------------------------------------------------------

16:40 Terapia celular en Esclerosis Lateral Amiotrófica: del laboratorio a la clínicaJonathan Jones*, Mª Carmen Viso, Diego Pastor, Salvador Martínez

(*) Instituto de Neurociencias. Universidad Miguel Hernández. San Juan, Alicante.

--------------------------------------------------------------------------------

17:20 Nuevas perspectivas en neurorregeneración: terapia celular aplicada a la discapacidad neurológicaJesús Vaquero

Servicio de Neurocirugía. Hospital Universitario Puerta de Hierro Majadahonda.

--------------------------------------------------------------------------------

Neuronal Noise

Acaba de salir un interesante libro publicado por la editorial Springer, llamado "Neuronal Noise" y cuyos autores son Alain Destexhe y Michelle Rudolph-Lilith. Ambos son investigadores del CNRS francés, en concreto de la Unidad de Neurociencia, Información y Complejidad de París.

Quizá el aspecto más llamativo de la actividad cortical sea su extremada irregularidad, lo cual contrasta con nuestros sistemas electrónicos basados en chips de silicio. Dada le enorme conectividad sináptica cortical y dado que las neuronas del neocórtex se activan espontáneamente entre los 5 y 20 Hz, no es de extrañar que se produzcan fluctuaciones intensas que, con cierta liberalidad terminológica, los autores denominan "ruido". ¿Cómo se pueden obtener modelos que reflejen las principales propiedades del ruido sináptico? Destexhe y colaboradores introdujeron un modelo estocástico simplificado, llamado el modelo de puntos de conductancia. En este modelo pueden cambiarse las conductancias de manera independiente.

Usando un modelo de Hodgkin-Huxley y modelando el ruido como un proceso estocástico efectivo, los autores encontraron que la célula es capaz de discriminar frecuencias (más allá de 150 Hz) con mucha precisión y manteniendo constante la frecuencia de activación. Una serie de interesantes propiedades se derivan, como son la variabilidad en las descargas, la resonancia estocástica, la detección de correlaciones por parte de las células piramidales o un procesamiento temporal capaz de detectar coincidencias. Pero quizá la propiedad más sorprendente del ruido sináptico neuronal se encuentra en las células del tálamo. Bajo condiciones similares al comportamiento "in vivo", cambian radicalmente las propiedades de transferencia entre estas neuronas.

En el capítulo séptimo, los autores analizan los principales modelos matemáticos empleados en la descripción del ruido sináptico. Uno de los modelos más investigados es el llamado modelo Gaussiano de "ruido blanco", un modelo aditivo que, aunque proporciona una buena aproximación, solo permite una descripción parcial. Un nuevo acercamiento basado en el formalismo de Ito permite una exploración matemática más rigurosa pero presenta limitaciones a la hora de capturar las propiedades espectrales del sistema estocástico subyacente. No obstante, los autores apuestan por la utilidad de dicho formalismo para analizar el ruido sináptico.

El libro finaliza con la exposición de casos experimentales y con el análisis de algunas conclusiones. Y así, el ruido es caracterizado en diversas preparaciones "in vivo", tales como en estados artificialmente activados bajo anestesia; de hecho, en gatos despiertos y dormidos las fluctuaciones de la conductancia son habitualmente mayores que para la excitación.

Haim Sompolinsky

El profesor Haim Sompolinsky de la Universidad Hebrea de Jerusalén, recibió en el mes de Diciembre el prestigioso premio Swartz concedido por la Sociedad de Neurociencia. Con una dotación de 25.000 dólares reconoce la importante contribución de este gran físico que, usando las herramientas de la Física Estadística, ha diseñado el "modelo en anillo" para el estudio de los circuitos neuronales y su funcionamiento en la memoria a corto plazo y en los procesos de toma de decisiones. Precisamente a este modelo dedicamos nuestra entrada del mes.

Una red en forma de anillo consiste de N neuronas formando un anillo, de forma tal que la neurona i es etiquetada por un ángulo que resulta del producto de 2pi por i dividido por el número N de neuronas. En el caso más simple cada neurona es conectada a las otras mediante un peso sináptico J dependiente de la distancia angular entre ellas. Para Ji mayor que 2, el patrón de actividad se convierte inestable y hay que considerar una solución no lineal. La actividad es pues un coseno truncado en alguna distancia desde su punto máximo. La localización del punto máximo es arbitraria y cuando Ji es mayor que 2, el sistema posee una variedad de estados llamada el atractor del anillo. El sistema se sitúa en una fase marginal dado que los estados estacionarios a lo largo del anillo se mantienen estables frente a todas las perturbaciones, excepto aquellas que producen un traslado de la actividad a lo largo del anillo.

Una importante propiedad del atractor es la invarianza de la actividad a los cambios en la intensidad del estímulo. La dificultad proviene del llamado "efecto iceberg", causado por la presencia de la activación neuronal en su umbral. Cuando la intensidad del estímulo cambia, el valor del primer estímulo cambia y permanece constante cuando el contraste estimular varía.

Una característica central del atractor en forma de anillo es que incluso en el estado espontáneo del cerebro, el circuito cortical debe generar espontáneamente patrones de actividad asemejándose a los activados por los estímulos sincrónicos. Ante la ausencia de estímulos se hace necesaria la incorporación de actividad espontánea añadiendo ruido. Al añadir ruido, el régimen homogéneo del diagrama de fases corresponde al caso en el que la solución es estable. En el régimen inestable no hay una solución finita estable. La transición entre regímenes se corresponde a una línea de inestabilidad, caracterizándose el estado espontáneo por pequeñas fluctuaciones de actividad en torno a un solo estado homogéneo, incluso en un régimen en el que el estado activado exhibe un atractor anular. ¿Cuál es la robustez de este atractor? Inicialmente depende de la isotropía del sistema, una característica poco realista de los sistemas biológicos. Posibles mecanismos homeostáticos han de ser formulados para compensar los efectos de la falta de homogeneidades.

NEURON: un entorno para simular redes neuronales

Comentamos en este artículo algunos aspectos relevantes del entorno de simulación computacional NEURON, tal y como aparece reflejado en el libro de Cambridge University Press, y cuya autoría corresponde a Nicholas T. Carnevale y Michael L. Hines. Inicialmente, NEURON fue diseñado para la modelización de neuronas individuales pero, desde hace ya tiempo, se emplea para simular redes. Para crear y usar un modelo de redes, hay que empezar definiendo los tipos de células, situar cada célula en la red, conectar las neuronas y ajustar los parámetros y los controles para hacer correr las simulaciones. Partiendo de una red totalmente conectada, cada célula se proyecta a las demás células pero nunca a sí misma. Las neuronas se activan espontáneamente y cada una tiene su propio intervalo entre potenciales. Cada potencial es seguido por una hiperpolarización del estado de la membrana que decae exponencialmente a un nivel por encima del umbral.

El valor inicial por defecto de todos los pesos sinápticos es 0 pero la herramienta NetWork Builder permite cambiar los pesos. Junto a ArtCellGUI se consigue una completa especificación de un modelo para redes. Pero la red todavía no existe y hay que pulsar el botón Create. Para observar qué hace la red, hay que apretar el botón de SpikePlot, el cual mostrará los trenes de ondas de entrada y de salida. Un panel de RunControl facilitará el control de la simulación y hará uso de un mecanismo de integración adaptativa para conseguir rápidas simulaciones a través de pasos temporales globales o locales. El panel de VariableTimeStep permite utilizar pasos temporales globales, que son los más adecuados para modelizar células sencillas o redes perfectamente sincrónicas.

Para cambiar las propiedades de una red neuronal existente se usa la herramiente NetReadyCellGUI. De hecho, habría que emplear una instancia separada de la herramienta para cada tipo diferente de modelo neuronal biofísico. El NetReadyCellGUI tiene su propio CellBuilder para especificar la topología, geometría y las propiedades biofísicas más una herramienta SynapseTypes que sirve para añadir mecanismos sinápticos a la célula. Sin embargo, los cambios realizados mediante NetReadyCellGUI no afectan a una red ya existente, por lo que es necesario salvar el archivo de la sesión, salir de NEURON y reiniciar y recargar el archivo de la sesión. Aunque los cambios pueden ser hechos en el NetWork Builder, lo mejor es ir a Create off y realizar los cambios necesitados, salvando el archivo y saliendo de NEURON.

Una simulación computacional de las leyes de imitación de Gabriel Tarde

(Dilema del prisionero espacial para b=1,6)

En este último artículo del año en nuestro blog, vamos a exponer el diseño de un juego basado en el dilema del prisionero espacial que introduce las tres leyes de imitación social expuestas por el psicólogo francés Jean Gabriel Tarde, en su obra "Las leyes de la imitación" (1890). Esta simulación computacional fue presentada por el autor de este blog en el "2011 Meeting of the European Mathematical Psychology Group", celebrado en París en el mes de agosto de este año que finaliza.

La primera ley o ley del contacto cercano (LCC) describe cómo los individuos que están en estrecho contacto imitan su conducta entre sí. La segunda ley de imitación o imitación de los superiores por los inferiores (LSI) establece cómo prima el modelo del estatus superior en la conducta imitativa de aquellos que buscan las recompensas asociadas a la pertenencia a una clase más alta. La tercera ley de Tarde es la ley de inserción (LDI): nuevos actos y conductas se imponen sobre los antiguos y los refuerzan o debilitan. Para simular las reglas mencionadas, introducimos (1) una regla conformista (CONF) que modela la regla (LCC): si tu conducta es distinta de la del agente vecino, copia su conducta; (2) una regla de maximización (MAXI) para la ley (LSI): si el agente vecino obtiene mayores pagos, copia su conducta; (3) regla de la moda (MOD): copia la conducta con la mayor frecuencia de aparición en tu entorno (copia al azar, en caso de igual frecuencia); (4) regla (SNOB): copia la conducta con la menor frecuencia de aparición en tu vecindad (copia al azar si se da igual frecuencia). Las reglas (3) y (4) simulan la ley (LDI), alternando la copia de la última elección realizada con la regla (3) y la copia realizada mediante la regla (4). Los agentes tienen memoria para estas dos reglas, memoria que abarca las tres rondas previas del juego.

Hibridamos estas reglas con las propias de un dilema del prisionero espacial y combinamos todos los posibles valores de b entre 1 y 1,9, con una distribución inicial de cooperadores entre 0,1 y 0,9, una memoria M entre 1 y 9 rondas para las reglas (3) y (4) y un número variable N de agentes y de rondas del juego. Concluimos que en nuestro juego, las leyes de imitación de Tarde generan un atractor preferencial y una baja proporción de agentes cooperativos. Aunque hemos introducido dos reglas de naturaleza estocástica (3 y 4), su efecto es neutralizado por la propia dinámica mimética, lo cual significa que ni siquiera están presentes en el atractor. Los agentes atraídos por las reglas no estocásticas o clásicas son en su mayoría defectores que buscan mantener sus pagos lo más altos posibles. Pero esta circunstancia apoya la ley (LSI) de Tarde porque los agentes que defraudan son mayoría incluso con tasas de un 90 por ciento inicial de agentes cooperadores que reciben un pago de 1. Además, nuestra simulación verifica la ley (LDI) combinando las reglas (1) y (2): la conducta más imitada o conducta de maximización, logra a través de la regla (1), que la nueva conducta sea reforzada, inhibiendo la conducta cooperativa de los agentes con menores pagos.

"Talking Nets" o el nacimiento de las redes neuronales artificiales

Presentamos en este blog un libro que acabamos de releer y que es la más fascinante introducción al origen teórico de las redes neuronales artificiales, a través de un conjunto único de entrevistas realizadas por James A. Anderson y Edward Rosenfeld a algunos de los grandes pioneros del paradigma conexionista. Por las páginas de este libro desfilan desde Bernard Widrow, el creador del "Adaline" y del algoritmo LMS, hasta Bart Kosko, el ingeniero de sistemas neuronales borrosos nacido en Kansas.

Las entrevistas, muy reveladoras y de extraordinaria viveza, nos revelan un mundo de nuevas ideas pero también de arduas polémicas por lo que se refiere tanto a cuestiones de prioridad en los descubrimientos como en el posible solapamiento de las aplicaciones logradas. Y así, leemos como Stephen Grossberg, el reconocido creador de las redes neuronales de resonancia adaptativa, comenta cómo hacia finales de los años 50 del siglo pasado introdujo su Modelo Aditivo, que, casi, 30 años después fue rebautizado como el modelo de Hopfield, autor que, por cierto, no aparece entrevistado en este libro. Y según Grossberg, el modelo de retropropagación debe más a Werbos, Parker, Amari y a él mismo que a los habitualmente mencionados, Rumelhart, Hinton y Williams. Leamos una declaración algo dramática al respecto del propio Grossberg, que el lector encontrará en la página 179 del libro:

"This has, all too often, been the story of my life. It´s tragic really, and it´s almost broken my heart several times. The problem is that, although I would often have an idea first, I usually had it too far ahead of its time (...) But then many things that I discovered started getting named after other people!"

Jerome Lettvin nos retrotrae a los tiempos originarios, a cuando Wiener, McCulloch y Pitts estaban poniendo los cimientos de la Cibernética y la Neurociencia Computacional. De estos dos últimos autores recuerda la génesis de su mítico artículo "A Logical Calculus of Ideas Immanent in Nervous Activity". Walter Pitts había leído a Leibniz y, en cierto sentido, quería considerar el sistema nervioso como un "aparato" computacional.

Bernard Widrow nos cuenta cómo en 1959 creó el algoritmo LMS o del menor cuadrado promedio:

"The idea was to be able to get the gradient from a single value of error (...) You get an algebraic expression and you realize that you don´t have to square anything; you don´t have to average anything to get mean square error. You don´t have to differentiate to get gradient. You get this all directly in one step" (p. 53).

Teuvo Kohonen narra el descubrimiento de su algoritmo de mapas autoasociativos, basado en sus ideas acerca de la Memoria Asociativa y los sistemas de reconocimiento de patrones. Manifiesta su rechazo a la creación de redes de centros de excelencia en la investigación que aseguren la más rápida diseminación posible de las ideas, puesto que considera que las ideas innovadoras necesitan de tiempo suficiente para ser verificadas.

Michael Arbib, editor jefe del magno "The Handbook of Brain Theory and Neural Networks", y una de las mentes más suspicaces en el panorama de la Neurociencia del último siglo, relata la preocupación de su mentor, Warren McCulloch por la cuestión de la robustez de los sistemas neuronales y, al respecto alude a la siguiente divertida anécdota (p. 216):

"His favorite story on this line was a midnight call from John von Neumann from Princeton saying `Warren, I´ve drunk a whole bottle of absinthe, and I know the thresholds of all my neurons are shot to hell. How is it I can still think?´".

David Rumelhart, recientemente fallecido, e impulsor junto a Jay McClelland del revolucionario programa PDP, nos introduce a algunos de sus célebres modelos conexionistas, como el del aprendizaje de los tiempos en pasado, en el que sin necesidad de múltiples capas se lograba un rendimiento muy similar al humano. Terrence Sejnowski alude cómo en aquella época se estaban poniendo las bases del aprendizaje neuronal mediante retropropagación. La retropropagación era mucho más rápida que la máquina de Boltzmann y permitía afrontar la resolución de interesantes problemas de la Fonología a través de NETtalk. Precisamente, Geoff Hinton ha sido un estrecho colaborador intelectual de Sejnowski y analiza cómo encontraron la regla de aprendizaje para las máquinas de Boltzmann: la energía era lineal en los pesos y la probabilidad logarítmica era lineal en la energía, así que las probabilidades resultaban ser lineales en los pesos.
Recomendamos muy vivamente la lectura de este libro y encarecemos su traducción al castellano para que la comunidad intelectual del entorno hispano pueda beneficiarse de la que, sin duda, es una de las mejores y más sugestivas presentaciones del paradigma conexionista que existen.

Avalanchas neuronales y dinámica crítica

(Extraído de Dante R. Chialvo, "Emergent complex neural dynamics", Nature Physics, 2010).

Las avalanchas neuronales son estallidos espontáneos de actividad sincronizada que se distribuyen en "clusters" de sitios s de acuerdo con una ley de potencias con un exponente cuyo valor se sitúa entre -1 y -2. Y así, dado un estallido de un tamaño s, un estallido que doblará el tamaño de aquél tendrá lugar dos veces elevado al exponente, menos frecuentemente. Siguiendo a Petermann et al. (2009), este tipo de dinámica presenta las siguientes interesantes propiedades: (a) requiere una transmisión sináptica equilibrada entre la actividad excitatoria y la inhibitoria; (b) se presenta tanto en condiciones "in vivo" como "in vitro" y (c) parece ser una propiedad intrínseca de la corteza cerebral.

Descritas en preparaciones reducidas de cerebros de ratas, nuestros autores demuestran su existencia en los cerebros de macacos rhesus despiertos. Situando electrodos en los cerebros de dos macacos y registrando su actividad durante unos 40 minutos, encuentran trenes de ondas localmente sincronizadas y correlacionadas en diferentes sitios corticales durante muchos segundos. El inicio de cada "cluster" es definido temporalmente con una variación de 4 milisegundos.

Pero ¿cuál es la verdadera causa de las avalanchas? Tagliazucchi y Chialvo (2011) subrayan que las avalanchas son estados dinámicos críticos, esto es, cascadas espaciotemporales que se extienden sobre un fractal. Las neuronas operan en un punto crítico, en contraste con un régimen supercrítico en el que cada "input" se expande de una manera explosiva a través de la red-similar a una reacción nuclear incontrolada en cadena- o un régimen subcrítico, en el que las cascadas terminan prematuramente. Si los sistemas intentan maximizar la probabilidad de vincular sitios distantes mediante cascadas, evitando una activación en masa no selectiva, podemos, pues, hablar de dinámica crítica. Parece evidente que, dado que esta condición crítica exhibe una mezcla de patrones de excitación tanto ordenados como desordenados, las redes neuronales en estado crítico han de ser capaces de generar el máximo repertorio de configuraciones dinámicas posibles. Lo que es peculiar es el patrón estadístico de comportamiento seguido por estas avalanchas. Hay muchas más avalanchas pequeñas que grandes puesto que solo suele comprometerse en este tipo de actividad, un pequeño grupo de neuronas.

¿Cuál es el origen y el significado funcional de estas avalanchas? Todavía no hemos encontrado una explicación precisa pero lo que es evidente es que el cerebro va creando y reconfigurando redes neuronales complejas con una dinámica correlacionada que responde al tráfico entre zonas (véase Chialvo, 2010, p. 5). Si observamos mediante resonancia magnética funcional el comportamiento del cerebro en reposo, desde correlaciones lineales bastante simples, las señales dependientes del nivel de oxigenación de la sangre o BOLD, reflejan unos pocos grupos neuronales emergiendo, como si de unas nubes que pasan se tratara. Lo curioso es que esta suerte de nubes visitan las mismas regiones cerebrales activadas durante cualquier tipo de conducta activa y que estas redes son identificables de forma muy consistente entre los sujetos, incluso durante el sueño o los efectos de la anestesia. Así pues, la Biología del cerebro nos muestra dinámicas colectivas emergentes que remiten a un fenómeno tal como la "criticalidad", que tanto ha sido estudiado en Física.

París 2011: 40 años del "European Mathematical Psychology Group"

(Jean-Claude Falmagne, "Is the assesment valid/reliable?")

En la fotografía que encabeza esta entrada del blog, el amable lector puede encontrar una de las diapositivas que el profesor Jean-Claude Falmagne presentó en su charla sobre "Learning Spaces" el día 30 de agosto, a las 13.00 h., en el aula 310 de la Escuela de Telecomunicaciones de París. Hace 40 años, el profesor Falmagne fundó en la capital francesa el "European Mathematical Psychology Group" y, desde entonces y de manera ininterrumpida, se ha celebrado todos los veranos en las diversas capitales europeas, un Encuentro que ha reunido a la flor y nata de la Psicología Matemática, no solo europea sino mundial.

Organizado por el siempre amable y competente, Olivier Hudry, acompañado por Irene Charon, Antoine Lobstein y Christine Choirat, el Congreso contó con más de 80 participantes. Entre ellos, dos figuras descollantes: Duncan Luce y Jean-Claude Falmagne. Y entre los españoles que acudimos estábamos Miguel García-Pérez, Rocío Alcala-Quintana (ambos del Dpto. de Metodología de la UCM), Esteban Induráin, Raquel García-Catalán y Asier Estevan de la Universidad Pública de Navarra y el autor de este blog.

Robert Duncan Luce, 86 años y todavía activo y escuchando las presentaciones de colegas que podrían ser perfectamente sus nietos. De aspecto frágil, como si cualquier mínima perturbación pudiera arrojarle al suelo pero absolutamente venerable y grande en el terreno de la Teoría de la Medición. Junto a Krantz, Suppes y Tversky, el autor de la biblia de la especialidad, Foundations of measurement: Additive and polynomial representations (1971).

Jean-Claude Falmagne, otro de los grandes, siempre curioso, siempre aportando novedades. Gran especialista en Teoría de Grafos y abriendo nuevos campos con sus "Knowledge structures" y sus recientes "Learning Spaces", en colaboración con autores de la talla de Doignon o de Cosyn.

El Encuentro se abrió el día 29 de agosto con la intervención del profesor Marchant, introduciendo el concepto de relación unaria. Posteriormente, destacaría a Colonius presentando un nuevo modelo de inspiración fechneriana de integración viso-auditiva que computa distancias subjetivas entre estímulos de manera probabilística. Por la tarde, Rocío Alcalá-Quintana y Miguel García-Pérez presentaron la fundamentación teórica de su interesante modelo de indecisión para tareas de detección visual y su aplicación a los juicios de sincronía. Hubo un interesante debate entre los autores y el profesor Laming, de la Universidad de Cambridge, acerca de cuestiones metodológicas en torno al modelo, para dar paso a las intervenciones de Ingo Fründ sobre decisiones perceptivas y a James Shanteau, de la Universidad de Kansas, acerca de la influencia de la memoria y de la toma de decisiones en el "priming" de repetición.

El día 30 por la mañana, se inició con la profesora Raijmakers, de la Universidad de Amsterdam, que expuso las investigaciones de su equipo sobre el uso de modelos latentes de Markov para el aprendizaje categorial. En concreto, modelizó la famosa tarea de la balanza. Una vez más, demostró la gran valía de sus indagaciones en el ámbito de la Psicología Experimental.

A las 10.30 h., Carlos Pelta expuso su proyecto de simular computacionalmente algunos interesantes aspectos de la Psicología Social. En este caso, han sido modelizadas las tres leyes de la imitación lógica de Jean-Gabriel Tarde, expuestas en su obra pionera "Les lois de l´imitation", en el contexto del dilema del prisionero espacial (Nowak y May, 1992). Se verificó la validez de la simulación a través de la obtención de pequeños "clusters" de agentes cooperadores. Hubo interesantes preguntas de los profesores Induráin, Gauvrit y Massoni sobre dinámica caótica y Teoría de Juegos, la influencia de las condiciones espaciales iniciales en este tipo de juegos y la necesidad de considerar no solo individuos de conducta egoísta y altruísta, sino también agentes de conducta indiferente.

A continuación, el profesor Thiel presentó una fascinante simulación computacional basada en redes de autómatas, acerca del efecto "halo". Por la tarde, la esperada intervención del profesor Falmagne, titulada "Learning Spaces in Real Life. How the large size of actual learning spaces guides the development of the theory", introdujo a la audiencia a la idea de espacios de aprendizaje, idea que fue ilustrada por Eric Cosyn, a través del desarrollo de una aplicación al aprendizaje del álgebra, empleando más de 350 items, un auténtico "tour de force" de complejidad computacional.

En la última jornada del Encuentro, el día 31, la profesora de la Universidad de Navarra, Christine Choirat, habló de la separabilidad de las representaciones en Psicología y de su tratamiento matemático a la luz del modelo psicofísico de Stevens y sus correcciones. La reunión científica culminó por la tarde con la participación de los profesores Laming y Lemaire, de la Universidad de Grenoble.

Agradecemos, especialmente, al profesor Hudry, su cálida y generosa recepción y animamos a todos los interesados en la Psicología Matemática, a acudir a la próxima reunión en el verano de 2012 que, según parece, tendrá lugar en la Universidad de Navarra.

Encuentro de Psicología Matemática en París (EMPG 2011)

Los días 29, 30 y 31 de Agosto de 2011 va a celebrarse en París el "2011 Meeting of the European Mathematical Psychology Group", que reunirá a destacados especialistas de la materia, como Duncan Luce, Maartje Raijmakers o Jean-Claude Falmagne, entre otros. Tendrá lugar en la Escuela Superior de Telecomunicaciones de París (TELECOM ParisTech-http://www.telecom-paristech.fr/eng/home.html-), y su Comité Organizador está formado por Irène Charon (Tèlècom ParisTech y CNRS), Olivier Hudry (Tèlècom ParisTech y CNRS), Antoine Lobstein (CNRS y Tèlècom ParisTech) y Hayette Soussou (Tèlècom ParisTech). A continuación insertamos el contenido extractado del programa elaborado por Olivier Hudry y que éste ha tenido la amabilidad de enviarnos a los participantes:

Lunes 29 de Agosto

9:00-10:00 (Sesión plenaria) (Aula B310)

T. Marchant: "Measurement theory with unary relations".

10:30-12:30 (Sesiones paralelas)

(Aula B310) Intervienen H. Colonius, K. Serrhini, A. Münnich, y G. Golovina.

(Aula B312) Participan D. Luce, J.-L. Dessalles, M. Cuevas y V. Cervantes.

14:00-15:00 (Sesión Plenaria) (Aula B310)

L. Stefanutti: "When the correspondence between probabilistic and set representations of local independence becomes a requirement: constant odds models for probabilistic knowledge structures."

15:30-17:30 (Sesiones paralelas)

(Aula B310) Intervienen R. Alcalá-Quintana, M. García-Pérez, I. Fründ, y J. Shanteau.

(Aula B312) Participan Y. Guiard, W. Vanpaemel, C.-P. Cheng y B. Mirkin.

17:45-18:30 (Sesión Plenaria) (Aula B310)

D. Albert y C. Hockemeyer: "JCF´s impact is not limited to the foundation of the EMPG."

Martes 30 de Agosto

9.00-10:00 (Sesión Plenaria) (Aula B310)

M. Raijmakers: "The application of latent Markov models in category learning".

10:30-12:00 (Sesiones paralelas)

(Aula B310) Participan C. Pelta, T. Savchenko y D. Thiel.

(Aula B312) Intervienen S. Barthelmé, R. Morey y C. Zwilling.

13:30-14:30 (Sesión Plenaria) (Aula B310)

J.-C. Falmagne: "Learning spaces in real life. How the large size of actual learning spaces guides the development of the theory."

14:30-15:30 (Sesiones paralelas)

(Aula B310) Exponen E. Cosyn, P. Anselmi.

Aula B312) Presentan M. Engelhart y A. Lambert-Mogiliansky.

16:00-17:30 (Sesiones paralelas)

(Aula B310) Intervienen D. de Chiusole, A. Spoto y J. Heller.

(Aula B312) Exponen R. Bystricky, E. Induráin y L. Wollschläger.

Miércoles 31 de Agosto

9:00-10:00 (Sesión Plenaria) (Aula B310)

C. Choirat: "Separable representations in mathematical psychology and decision making".

10:30-12.00 (Sesiones paralelas)

(Aula B310) Participan R. Suck, J.-P. Doignon, S. Vautier.

(Aula B312) Intervienen L. DeCarlo, S. Massoni y H.C. Micko.

13:30-14:30 (Sesión plenaria) (Aula B310)

A. Diederich: "Optimal time windows: Modeling multisensory integration in saccadic reaction times."

15:00-16:30 (Sesiones paralelas)

(Aula B310) Presentan M. Andreatta y E. Acotto, E. Golovina y S. Noventa.

(Aula B312) Exponen O. Rioul, D. Laming y B. Lemaire.

El autor de este blog realizará el día 30 de Agosto la presentación oral titulada "Spatial prisoner´s dilemma and laws of imitation in Social Psychology". En ella planteará el diseño de un juego basado en el dilema del prisionero espacial que introduce las tres leyes de imitación social definidas por Gabriel Tarde en su obra Les lois de l´imitation (1890): (1) la ley del contacto cercano; (2) la ley de imitación de los "superiores" por parte de los "inferiores" y (3) la ley de la inserción (las nuevas conductas refuerzan o debilitan las costumbres previas). Obtendremos la formación de pequeños "clusters" de cooperadores que apoyan computacionalmente las tres leyes de Tarde pero también la interpretación de Sutherland del surgimiento de conductas desviadas como un caso de "asociación diferencial" o proceso de comunicación en el seno de grupos personales íntimos.

Desde aquí invito a todos los interesados a acudir a este interesante Encuentro cuyo vínculo dejo insertado a continuación: http://www.infres.enst.fr/~hudry/EMPG/. En el mes de Septiembre el amable lector dispondrá de una exhaustiva reseña de las principales conclusiones extraídas.