Introducción a la cognición basal (mínima)


Por Hernández Guerrero Oscar, Lucero Milla Sofia, Marin Moreno Daniel, Olvera Lucio Emmanuel, 

Ramírez Fernández Daneth, Sánchez Pérez Amanda Ximena, Varona García Israel.


Facultad de Psicología, UNAM.

Diciembre 2022 

Introducción

La labor de investigación realizada dentro del área de las Ciencias Cognitivas Corporizadas (Corporeizadas) nos permite entender desde múltiples niveles de análisis los procesos y mecanismos implicados en la cognición de los organismos con la finalidad de poder explicar su comportamiento y la manera en que interactúan con su entorno. Sin embargo, la tarea de estudiar y comprender la cognición puede volverse complicada debido a la diversidad de definiciones que se le ha dado a lo largo del tiempo. A pesar de esto, es conveniente, para fines prácticos intentar dar una definición que pueda englobar distintas posturas que se han planteado. 

Desde la postura de la cognición basal (la cual se explica más adelante), la cognición se puede definir como una función necesaria para la supervivencia, el bienestar y la reproducción de cualquier sistema biológico autónomo (Lyon et al., 2021). Para que estos procesos se lleven a cabo, se requieren ciertas capacidades tales como la percepción, la orientación, la memoria, la atención, el aprendizaje, la planificación, la organización y la toma de decisiones que sirven como herramientas cognitivas. 

Como lo plantean Lyon et al. (2021), estas herramientas cognitivas son mecanismos sensoriales o mecanismos de procesamiento de información que le permiten al organismo familiarizarse con su entorno, valorar e interactuar productivamente con los elementos que lo componen. Mediante estas herramientas cognitivas los sistemas biológicos autónomos son capaces de valorar una situación y tomar decisiones como explorar, explotar, y evadir elementos de su entorno a fin de satisfacer sus necesidades de supervivencia.

Con la definición de cognición y las herramientas cognitivas propuestas por Lyon et al. (2021) es posible realizar las siguientes preguntas:, ¿todo sistema biológico autónomo es un sistema cognitivo?, ¿Los microorganismos u organismos unicelulares poseen características de tipo cognitivo? Desde la definición planteada la respuesta a las preguntas sería sí.

Parte del trabajo que se realiza para la comprensión y el estudio de la cognición se basa en partir desde ciertos niveles de análisis. Esto se lleva a cabo con el objetivo de profundizar cada vez más en aspectos o elementos que requieren una investigación más minuciosa y que se relacione directamente con la comprensión de los organismos y sus procesos cognitivos. En este sentido, vale la pena cuestionarnos si existen procesos cognitivos en común en todas las formas de vida, desde los organismos unicelulares como las bacterias, las plantas, los hongos, los insectos y todo tipo de organismos tanto unicelularares como multicelulares. El tema principal de este trabajo intenta responder a esa pregunta mediante lo que se conoce como cognición basal.

Para poder abordar la cognición basal, primero es necesario retomar las ideas de Shapiro (2021), pues menciona que todas las células vivas perciben y responden a los cambios en las condiciones externas o internas. La capacidad cognitiva de percibir y responder a los cambios internos y externos es necesaria para obtener la nutrición esencial para mantener la homeostásis, para el crecimiento y la reproducción, así como, para sobrevivir a los inevitables cambios del entorno. De manera que esto nos hace darnos cuenta que, la célula, el componente más pequeño de un organismo multicelular, posee características de orden cognitivo. Por lo tanto, un organismo multicelular estaría compuesto de múltiples sistemas cognitivos. A lo largo del presente trabajo y a través de bibliografía acorde al tema, nos cuestionaremos y reflexionaremos sobre la importancia y papel del estudio de la cognición basal en la comprensión de la cognición en todos los sistemas biológicos autónomos.

En los últimos años, la cognición basal ha sido uno de los temas que más atención ha recibido dentro de las Ciencias Cognitivas Corporizadas. Esto ha llevado a que se retomen y se analicen desde otra perspectiva numerosos descubrimientos que se han observado en el estudio de seres vivos unicelulares como las bacterias, seres vivos capaces de regenerar partes de su cuerpo como las planarias y los ajolotes, así como investigaciones sobre la evolución de la vida y el origen de la misma. Actualmente, una de las discusiones más recientes que se ha generado a causa de los planteamientos de la cognición basal parte es si las Ciencias Cognitivas deberían incluir como eje central las Ciencias de la vida, como la biología. El estudio de la cognición basal ha aportado al conocimiento de la cognición como parte del proceso de lo vivo. Este será otro punto que se abordará más adelante, analizando los pros y contras dentro de esta discusión.

Cognición basal

Para el estudio de la cognición, la cognición basal hace un especial énfasis en los procesos y mecanismos fundamentales que permiten a los organismos percibir y monitorear los estados internos y ambientales relevantes que les permiten actuar adecuadamente para asegurar la reproducción y la supervivencia (encontrar comida, evitar el peligro). Estos mecanismos estuvieron presentes en organismos unicelulares mucho antes de que evolucionaran organismos con un sistema nervioso, y mucho menos organismos con un sistema nervioso central (Lyon et al., 2021).

Desde el enfoque biogénico, la cognición es la capacidad de un organismo para registrar información, interactuar con el entorno para proporcionar lo que se necesita para sobrevivir (Dodig-Crnkovic, 2022). Esto implica que los organismos sean capaces de eliminar lo que no se necesita, memorizar experiencias significativas del pasado y actuar de tal forma que se incrementan las posibilidades de supervivencia del organismo. Todas estas capacidades se pueden observar en una sola célula. Considerando esto, es importante contratar la postura tradicional sobre el estudio de la cognición frente a lo que se plantea desde la cognición basal. En el estudio tradicional sobre la cognición, el sustrato físico como el cerebro y sistema nervioso suelen tener un rol central. Por lo tanto, se entiende que el estudio se centre en organismos multicelulares y con un sistema nervioso central.

En cambio, la cognición basal estudia a la cognición desde una perspectiva “mínima” o basal, de tal forma que se puedan establecer los principios de la cognición que son compartidos por todos los organismos biológicos. De esta manera podemos entender que las herramientas cognitivas basales se definen en sus términos mínimos, observados en procariotas, plantas, organismos aneurales, organismos con un sistema nervioso central “simple” (planarias) y otros con un sistema nervioso central más “complejo” (Lyon et al., 2021). Mediante el estudio de la cognición basal se han logrado establecer 13 procesos básicos compartidos por todos los organismos antes mencionados:  

Establecer las herramientas cognitivas basales ha sido de suma importancia dentro de las Ciencias Cognitivas Corporizadas, ya que son considerados como los procesos cognitivos compartidos por todos los seres vivos. De esta forma es que la cognición basal se ha comenzado a considerar como parte de las ciencias de la vida y de la cognición. Habiendo llegado a este punto, es importante señalar que el objetivo principal de la cognición basal es comprender cómo los organismos en las ramas inferiores del árbol filogenético se familiarizan, valoran y explotan los elementos de un nicho ecológico, mientras evitan el daño y preservan la vida, de tal forma que se pueda comprender cómo los organismos con una historia filogenética más reciente (incluyendo el Homo sapiens) realizan los mismos procesos o muy parecidos (Lyon et al., 2021). Otro objetivo que ha cobrado mayor fuerza en el estudio de la cognición basal, es el origen de la vida, de los organismos unicelulares, multicelulares, con y sin sistema nervioso. Este objetivo ha sido impulsado por la idea de que la evolución de los organismos podría reflejar qué procesos cognitivos han sido fundamentales para la vida y que son compartidos por todos los seres vivos. Gracias a esto, se ha logrado un estudio multi y transdisciplinario de la cognición con el fin de fortalecer y generar nuevos vínculos entre las disciplinas que conforman las Ciencias Cognitivas Corporizadas.  

El estudio de la cognición basal se ha llevado a cabo en los organismos más pequeños y simples en términos de su organización biológica, como por ejemplo, las bacterias (i.e. organismos unicelulares). Considerando la definición de cognición que se plantea desde la cognición basal, en los organismos unicelulares se ha demostrado la presencia de procesos cognitivos (ej. sensación, memoria, aprendizaje, comunicación, y toma de decisiones), así como su función y los posibles mecanismos involucrados. Posteriormente, en esos organismos se han identificado los principios de sus patrones genéticos, epigenéticos (influencias genéticas y ambientales que determinan un fenotipo), e interacciones conductuales. Tomando estos hallazgos se estudian organismo multicelulares, como es el caso de las plantas, los hongos, los insectos, entre muchos otros. El objetivo de estas investigaciones es encontrar las diferencias y similitudes en los procesos cognitivos basales entre los organismos unicelulares y multicelulares. En este sentido, se han logrado hallazgos relevantes para el estudio y la comprensión de la cognición. Las aportaciones y postulaciones de la cognición basal son resumidas por el mismo Levin (2018) en tres puntos, los cuales se centran en:

paradigma actual de la cognición basal

La ciencia no es extraña a la adopción de paradigmas que bien, de alguna manera, pueden limitar el desarrollo de nuevos descubrimientos. Las Ciencias Cognitivas Tradicionales tienden hacia un enfoque antropocentrista y cerebrocentrista del estudio de la cognición. Esto es, en las Ciencias Cognitivas Tradicionales prevalece la idea de que las capacidades cognitivas “residen”, principalmente, en el sistema nervioso central el cual procesa la información sensorial y se encarga de la coordinación conductual a nivel del organismo.

Aunque es indudable el rol central del cerebro en aquellos organismos con sistema nervioso central, se deja a un lado la comprensión de la cognición considerando que la gran mayoría de los organismos son unicelulares, muchos menos son multicelulares, y muy pocos de ellos tienen un sistema nervioso central (Lineweaver y Chopra, 2019). Reconocer cuán pequeña es la rama filogenética de los seres humanos entre la diversidad genética de la vida permite ver que es una especie suspendida en el vacío filogenético y lleva a lo que Lineweaver y Chopra (2019) llaman el efecto de la visión general biológica. El efecto lleva a un cambio cognitivo en la identidad que se produce al observar el árbol filogenético de toda la vida en la Tierra.

La perspectiva de la cognición basal considera el árbol filogenético de toda la vida, señalando la importancia de los organismos unicelulares para el estudio de la cognición, al ser dominantes en el árbol de la vida. Por lo tanto, mediante la investigación sobre cognición basal se ha replanteado lo que implica ser un organismo cognitivo y los mecanismos o funciones relacionadas con los procesos cognitivos. Desde esta perspectiva, la vida y lo cognitivo van de la mano, por lo que encontrar qué procesos cognitivos son compartidos en todo el árbol de la vida de la Tierra es una tarea primordial. Con estas ideas y objetivos de investigación, dentro de la cognición basal se han planteado nuevos modelos sobre la misma evolución del sistema nervioso considerando su función en el origen de los organismos multicelulares (Baluška y Levin, 2016; Fields y Levin, 2019).

hipótesis sobre el origen de la multicelularidad en el árbol de la vida

¿Cómo es que de un mundo totalmente unicelular y bacteriano se llega a un mundo multicelular cómo lo es el de los seres humanos? ¿Si una célula puede ser considerada como un ser cognitivo qué ocurre con la cognición en los organismos multicelulares? Fields y Levin (2019) postulan que el cuerpo surgió para minimizar la incertidumbre, de tal forma que se crea un entorno interno con estados en donde la vida de la célula fuera posible y que se pudiera predecir los cambios del entorno externo e interno para continuar dentro de los estados internos óptimos. La capacidad de predecir los cambios del entorno sustenta la probabilidad de mantenerse en los estados internos. Entonces, a nivel celular, la forma de adaptarse y sobrevivir fue a través de la capacidad de predecir los cambios inmediatos del entorno. Sin embargo, si se llega al punto en donde el entorno se vuelve extremadamente complejo, la tarea de predecir los cambios en el entorno para conservar la vida se dificulta. 

Desde la cognición basal, se plantea que cuando esto sucede la predicción de los cambios del entorno se vería facilitada por la comunicación entre varias células. Si varias células son capaces de percibir y de anticipar los cambios del entorno, al comunicar esta información a otras células trae como consecuencia un incremento y una facilitación en el espacio de predicción del entorno (Baluška, Miller & Reber, 2022). Esta estrategia se puede observar en colonias de bacterias que se comunican mediante señales eléctricas que permite la sincronización de la dinámica del crecimiento de la colonia dependiendo de la cantidad de nutrientes en el entorno (para una revisión sobre el tema ver Lyon et al., 2021).

La comunicación de la colonia de bacterias también implica la formación de memoria la cual es modulada por los canales de iones y los cambios en los potenciales de la membrana, de tal forma que los eventos anteriores determinan los siguientes, tal y como ocurre en las neuronas (Yang et al., 2020).

Lo anterior mencionado permite explicar los motivos por los cuales las células pueden crear copias de sí mismas pero limitadas en su habilidad de dividirse, volviéndose una especie de organismo predictivo de mayor alcance, dando pauta al nacimiento de los organismos multicelulares (Lyon et al., 2021). 

Por lo tanto, la cognición en los organismos multicelulares se entiende como un sistema de múltiples agentes cognitivos (células) anidados que en sus dinámicas de comunicación celular vuelven más aptos a los organismos para predecir los cambios en ambientes complejos para mantenerse en sus estados internos esperados (Baluška y Levin, 2016).

Entonces, se habla de cognición en múltiples niveles anidados de organización biológica, existiendo redes bioeléctricas en todas las células que subyacen a los procesos de predicción, memoria y toma de decisiones flexible en todos los niveles. En esta dinámica de comunicación celular, se requiere de un control de la reproducción de las células por lo que aquí comienza la idea de que el sistema nervioso central evolucionó como un sistema de control de reproducción y de comunicación celular. 

hipótesis sobre el origen del sistema nervioso central

En la conferencia sobre la “Ciencia y la no dualidad” impartida por Chris Fields (2020) se habla sobre la función de las neuronas. En esta conferencia, Fields menciona que el cerebro no hace nada sin un cuerpo dado que se requiere para el procesamiento de la información que el cerebro realiza. En otras palabras, el cerebro no hace nada a menos que esté corporizado (corporeizado, encarnado), embebido y situado en un cuerpo. De esta forma el cerebro puede estar activo, así como ser afectivo e interactivo con el entorno, explicando así que la cognición se extiende más allá del cerebro debido a que requiere de un cuerpo y del entorno con el que se interactúa para mantener al organismo vivo. Esto llevó a la idea de que las neuronas no sólo le dan al cuerpo la habilidad de funcionar, sino que las neuronas del sistema nervioso central también le dan al cuerpo su forma (Fields y Levin, 2019). 

En otras palabras, se ha propuesto que el sistema nervioso central organiza o es el “centro de control” de la comunicación y la reproducción celular de todos los niveles de organización biológica. Los niveles de organización biológica van desde la red genética, el citoesqueleto, las redes neuronales y celulares, los tejidos, los órganos, los sistemas del cuerpo, y el organismo como un todo (Baluška y Levin, 2016). Desde esta perspectiva, se ha llegado a proponer que el sistema nervioso  pudo haber evolucionado para ejercer esta estrategia de comunicación y control a larga distancia. Aunque de alguna manera puede parecer extraña la propuesta, es importante considerar que la orquestación de las células de los organismos multicelulares requiere de una apropiada comunicación entre todos los niveles de organización anidados, esto es, todos los niveles anidados de cognición celular.


Continuando con otra conferencia de Chris Fields “Para qué son las neuronas” (What are neurons for?), 1983, aquí se argumenta sobre cómo los genes otorgan la forma al cuerpo, debido a que las células hacen copias masivas de genes para la generación de nuevas células, a las que se les permite hacerse cargo de funciones ligeramente diferentes. 

Así mismo, se menciona que gracias al trabajo que se ha realizado con planarias, dada su increíble capacidad de regeneración, se ha podido comprender que la bioelectricidad de las células juegan un papel fundamental en detectar errores en la morfología del cuerpo (al cortar una sección completa de la planaria) para después regenerar de forma apropiada la parte del cuerpo que fue cortada. Por lo tanto, el código bioeléctrico, esto es, la comunicación eléctrica y la memoria en los patrones de activación de las células del cuerpo, se ha considerado como el mediador del tipo de células que se requieren producir para reestablecer la morfología de la planaria. Esta misma estrategia del código bioeléctrico parece haber sido explotada por el sistema nervioso, siendo éste más rápido en su comunicación eléctrica términos espacio-temporales. En este sentido, se plantea que en organismos con un sistema nervioso central, las neuronas le dictan al cuerpo qué forma debe tener y mantener, así como establecen mediante señalización el comienzo de la división celular de ser necesario. En otras palabras, se sugiere que en los organismos con sistema nervioso central las neuronas controlan directamente el crecimiento y el funcionamiento celular (Fields, 2020). 

Comunicación celular y memoria biológica

Fields y Levin (2018), proponen que la memoria biológica de los organismos es la que les permite mantener su morfología, su funcionamiento, y su comportamiento. Por lo tanto, en lugar de ser entendida como una función puramente genómica, es en realidad un fenómeno que ocurre a múltiples niveles de organización biológica que se debe abordar bajo un lente cognitivo. La membrana del sistema citoplasma-citoesqueleto tiene propiedades que se expresan de manera similar en el árbol de la vida, desde las células bacterianas y arqueales hasta las eucariotas. De este sistema compartido, se ha identificado al citoesqueleto como un locus importante de procesamiento de información y control unicelular, ya que tiene por sí mismo una capacidad de memoria biológica (Baluška y Levin, 2016; Fields y Levin, 2018). Gracias a esta capacidad, mediante bioelectricidad, el citoesqueleto codifica información de cambios somáticos permanentes o del arquitectoma, esto es, las restricciones arquitectónicas que determinan la morfología de una célula. Entonces, según las señales bioeléctricas el citoesqueleto especifica “qué va dónde” y “cuándo”, permitiendo una función celular adecuada y una conducta dinámica del organismo. Desde esta perspectiva, es posible considerar a la bioelectricidad como un mecanismo de memoria y de control celular.

Considerando lo anterior, los procesos cognitivos como la memoria no se tratan de fenómenos exclusivamente de organismos multicelulares y tampoco se restringen a las células neuronales (Baluška y Levin, 2016). Como ya se mencionó, las funciones que subyacen a las células neuronales son producto de una optimización de la señalización o comunicación celular que existía mucho antes de la evolución del sistema nervioso central para coordinar la fisiología, el desarrollo y la conducta de las células somáticas (del cuerpo). La optimización de la comunicación entre las células neuronales implica una comunicación a una velocidad mucho más rápida, de tal forma que los patrones de activación neuronal cambian rápidamente, en comparación con los patrones de activación de las células somáticas. La comunicación de las células somáticas es conocida como comunicación o código bioeléctrico (Levin, 2018).

En las células somáticas existe una transmisión directa de señales eléctricas gracias a la actividad de uniones gap entre células y también a través de sinapsis eléctricas, formando redes bioeléctricas que permiten una respuesta tanto a los propios estados de la célula como a los de las células vecinas. Por lo tanto, al encontrarse con cambios temporales en el patrón de sus señales, pueden implementar una regulación de patrones de control homeostático y de flexibilidad conductual (Levin y Martyniuk, 2018). En organismos con sistema nervioso central, el monitoreo mediante la comunicación celular de los estados anatómicos a larga distancia permite realizar conductas celulares altamente adaptativas y sensibles al contexto. 

Estas conductas están dirigidas al mantenimiento, a la reparación, así como a la regeneración o producción celular, de tejido, órganos o sistemas. Desde esta perspectiva, es posible entender al código bioeléctrico como la memoria del cuerpo, la cual codifica diferentes estados iniciales y monitorea si se permanece o no en los estados esperados. De tal forma que, mediante la comunicación celular, al detectar desviaciones a los estados esperados, se realizan conductas adaptativas que llevan de nuevo a ese estado inicial. Las células somáticas, “al igual que el cerebro, explotan la codificación bioeléctrica de estados objetivo distribuidos, en este caso, patrones de memoria” (Pezzulo et al., 20221; p.1). 

Los alcances de este control anatómico mediante el código bioeléctrico son sorprendentes. Esto se puede ilustrar mediante la investigación hecha en organismos que tiene la capacidad de regenerar partes de su cuerpo, particularmente, las planarias (para una revisión ver Levin, 2021b). Las planarias son animales que tienen una gran capacidad de regeneración controlada por la señalización bioeléctrica. Las planarias se pueden regenerar hasta el punto que pueden volverse un nuevo organismo. Por ejemplo, es posible realizar hasta 275 cortes de una sola planaria. Esto es, si se corta una planaria en 275 pedacitos, gracias al código bioeléctrico cada pedazo se regenerará en una nueva planaria. Sin embargo, éstas 275 planarias aunque son individuos distintos conservarán los recuerdos de la planaria original, como la ubicación del alimento en un laberinto. El proceso de la morfogénesis embriónica y la regeneración morfológica en organismos adultos son ejemplos de la actividad colectiva basada en señalización eléctrica dirigida a la solución de problemas hacia una meta (Levin, 2021b).

Los circuitos celulares toman la decisión de dónde colocar sus órganos que se han de regenerar, implementando un patrón de memoria estable a largo plazo y además reescribible, que no se especifica por el ADN directamente (Pezzulo et al., 2021; Levin y Martyniuk, 2018). Como ejemplo de dichas propiedades, a través de la inducción de cambios bioeléctricos transitorios se puede llevar a remodelar la estructura de una planaria de modo que exprese un estado de dos cabezas (Pezzulo et al., 2021). Una vez hecho esto, las copias del organismo que se hagan enseguida continuarán mostrando esa conformación morfológica sin necesidad de mayor manipulación. Por lo tanto, características como el número de cabezas o incluso la polaridad axial se establecen mediante un sistema de memoria fisiológica de mantenimiento estable. Estos hallazgos otorgan evidencia de que es posible realizar una alteración permanente del patrón de regeneración modificando el código bioeléctrico. Sin embargo, así como se puede alterar la memoria bioeléctrica que dicta la configuración morfológica, esto se puede revertir alterando nuevamente el código para obtener la configuración morfológica inicial.

cognición en los niveles de organización biológica

Aunque el cerebro es reconocido por ser el sistema cognitivo más representativo dentro de las Ciencias Cognitivas Tradicionales, la evidencia aquí revisada indica que los procesos cognitivos realizados por el cerebro (memoria, aprendizaje, toma de decisiones, entre otros) se pueden observar en los distintos niveles de organización biológica. Los mecanismos moleculares que permiten estos procesos, como lo son los canales iónicos, el uso de neurotransmisores y redes de señalización celular, se encuentran en todos los tipos de células de seres unicelulares, multicelulares aneurales y neurales (Levin et al., 2021). Incluso, se ha planteado que el origen del sistema nervioso central, la manera en que ocurre la comunicación neuronal, proviene de la señalización de organismos unicelulares, particularmente, de las bacterias (Baluška y Levin, 2016).

Ante la aparición de la multicelularidad obligatoria y su posterior aumento en complejidad, los organismos multicelulares se consolidaron como individuos sobre los que opera la selección natural (Fields y Levin, 2019). A partir de esto podemos preguntarnos ¿qué sucede con aquellas células – entendidas como sistemas cognitivos – ahora como partes de un todo en un organismo multicelular?, ¿cómo interactúan las células en los distintos niveles de organización biológica en un organismo multicelular? Los organismos unicelulares realizan diferentes decisiones y conductas intentando predecir los cambios en el entorno para aumentar sus probabilidades de sobrevivir y reproducirse. De la misma forma, este comportamiento se observa en los distintos niveles de organización biológica de los organismos multicelulares. Esto es, desde nivel molecular y celular, hasta nivel de los tejidos, órganos, sistemas de órganos y a nivel organismo, se dan respuestas flexibles – conductas adaptativas – con el objetivo de mantener la homeostasis del organismo, los cuales son inseparables de la regeneración de tejidos/órganos basada en la memoria biológica y en el monitoreo del contexto actual (Baluška y Levin, 2016). El comportamiento flexible – sensible al contexto – está orientado a metas y está basado en sistemas de memoria, se presenta en todos los niveles de organización. Por lo tanto, Baluška y Levin (2016) proponen entender a la cognición en organismos multicelulares como una organización de subsistemas cognitivos. A la vez, sugieren eliminar la noción disyuntiva entre ser o no ser un sistema cognitivo en los organismos biológicos, para así entender a la cognición como un continuo en al árbol de la vida. 

conclusiones

La cognición basal sirve al estudio de la cognición, principalmente, en tres sentidos (Kejizer, 2021). En su estudio de los organismos unicelulares o primigenios, busca conocer los procesos cognitivos que les permiten adaptarse al entorno. Una vez hecho esto, se requiere identificar los principios que estos organismos parecen seguir (como por ejemplo, para resolver el dilema de explotación del conocimiento adquirido o la exploración de nuevos espacios de soluciones). Comprendiendo esto, se busca estudiar organismos más complejos en términos de los niveles anidados de organización biológica con el objetivo de encontrar similitudes y/o diferencias entre los procesos cognitivos de los organismos. Evidentemente, este programa de investigación parte desde una postura darwinista en la que se asume que la variedad de organismos multicelulares junto con sus conductas y fisiología han evolucionado, a fin de cuentas, de organismos unicelulares. 

En consonancia con esta perspectiva, se asume que las Ciencias Cognitivas deberían pasar a formar parte de las Ciencias de la vida. Es de este modo que surge la pregunta: ¿qué es la cognición? Pregunta a la cual aún no se tiene una respuesta concisa, pero desde la cognición basal se opta por responderla estudiando las cualidades que un agente cognitivo debe poseer, tales como percepción, memoria, valencia, toma de decisiones, aprendizaje, anticipación, entre otras (Lyon, Keijzer, Arendt & Levin, 2021). Así, la palabra cognición se ha vuelto una palabra de uso común al querer referirse a los procesos que dan pauta a la conducta inteligente, esto es, realizar comportamientos adaptativos sensibles a los cambios contextuales internos y externos. 

Por lo tanto, el objetivo de la cognición basal dentro del marco de las Ciencias Cognitivas es servir de base para el estudio de ese conjunto de procesos y eventos que son representativos en todos los seres vivos. La base de la que parten estas cualidades con las que definimos la cognición se fundamente en la dificultad de vivir en un entorno cambiante y variable en complejidad. Esto genera que los seres vivos sean capaces de otorgarle valor a la información que se recuerda, que se percibe y que se anticipa del entorno de tal forma que se pueda optimizar la conducta para su supervivencia. 

La cognición basal exige un cambio en la forma que hemos pensado la cognición hasta el momento. Desde esta perspectiva, se intenta romper el paradigma en donde se asume al cerebro como el núcleo central del estudio de la cognición y se asume que la cognición ha evolucionado en todo el árbol de la vida. La evolución de un sistema nervioso central ha sido producto de procesos de comunicación de organismos unicelulares, de conjuntos de redes celulares con memoria (código bioeléctrico) y formas básicas de aprendizaje epigenético, así como habituación y sensibilización, hasta redes de neuronas que realizan estos mismos procesos se comunicación a mayor velocidad, dando pauta a otros tipos de aprendizaje de mayor complejidad (Levin, Keijzer, Lyon, & Arendt, 2021).

La perspectiva aportada por esta hipótesis da lugar a un amplio programa de investigación que dará pauta a la creación de nuevas teorías y metodologías para el estudio de la cognición, así como diferentes implicaciones en el campo de la medicina, la biología del desarrollo, la bioingeniería, la inteligencia artificial, entre otros. Por ejemplo, se ha planteado que en organismos multicelulares, los errores en el código bioeléctrico pueden producir defectos de nacimiento, cáncer u otras patologías. Este punto es de particular relevancia para la medicina regenerativa, dado que estos errores se pueden corregir mediante cambios en los patrones bioeléctricos. Los errores en el patrón de activación del código bioeléctrico se pueden manipular a través de la modificación en el voltaje de las células de forma exógena.

Levin (2021b) señala un nuevo entendimiento del cáncer alejado de una perspectiva en donde el ADN encarna un problema en la codificación de proteínas. La propuesta implica que las células cancerígenas tienen un horizonte espacial y temporal más corto con respecto a la comunicación con las redes de células. Por lo tanto, el cáncer surge cuando hay problemas en la percepción de estas formas de comunicación, llevando a las células cancerígenas a comportarse como sus antepasados unicelulares, a percibir al resto del cuerpo como parte del entorno y a proliferar en él. De manera experimental, se ha demostrado que al modificar el código bioeléctrico es posible causar que las células se dejen de reproducir de forma descontrolada, e incluso se ha podido regenerar tejidos y órganos en distintos organismos (Fields y Levin, 2018). De este modo, un mayor entendimiento del código bioeléctrico, esto es, de la comunicación de información no genómica relacionada con procesos cognitivos como la memoria y la toma de decisiones, puede llevar al desarrollo de importantes aplicaciones biomédicas.

En el campo de bioingeniería, se han generado biobots, como los xenobots (robots biológicos in vitro), los cuales son considerados como nuevas formas de vida sintéticas. Para la creación de xenobots, se utiliza aprendizaje de máquina y células biológicas que carecen de una historia evolutiva biológica pero es generada mediante algoritmos evolutivos dentro de una computadora (Blackiston et al., 2021). Este tipo de organismos sintéticos permiten tener un mayor entendimiento del funcionamiento de los procesos cognitivos y de auto-organización considerando su origen en términos de los sustratos que los encarnan (Levin, 2021a). A la vez, este tipo de tecnología transformará la medicina regenerativa, la robótica, la tecnología de la comunicación y del aprendizaje de máquina, y al mismo tiempo generará profundas preguntas filosóficas y éticas (Levin et al., 2020).

ARTÍCULOS Y VIDEOS complementarios

Calvo, P., & Baluška, F. (2015). Conditions for minimal intelligence across eukaryota: a cognitive science perspective. Frontiers in psychology, 6, 1329. https://doi.org/10.3389/fpsyg.2015.01329

Gagliano, M., Vyazovskiy, V. V., Borbély, A. A., Grimonprez, M., & Depczynski, M. (2016). Learning by Association in Plants. Scientific Reports, 6(1). doi:10.1038/srep38427

García, O. (2011). Principles of minimal cognition in smart slime molds and social bacteria. Pensamiento, 67(254), 787-797.

Gershman, S. J., Balbi, P. E. M., Gallistel, C. R. & Gunawardena, J. (2021). Reconsidering the evidence for learning in single cells.  eLife, 10, Article e61907. https://doi.org/10.7554/eLife.61907

Manicka, S., & Levin, M. (2019). The Cognitive Lens: a primer on conceptual tools for analysing information processing in developmental and regenerative morphogenesis. Philosophical transactions of the Royal Society of London. Series B, Biological sciences, 374(1774), 20180369. https://doi.org/10.1098/rstb.2018.0369 

Michael levin: The electrical blueprints that orchestrate life | Ted

El doctor Michael Levin presenta cómo la noción de que el DNA construye la totalidad de los cuerpos vivientes deja lagunas explicativas. Posteriormente presenta diferentes ejemplos sobre lo que puede llamarse comportamiento inteligente a nivel morfológico, semejante al mostrado por los agentes que comúnmente concebimos como cognitivos y que no puede ser explicado únicamente por la constitución genética de los organismos. Después introduce la noción de código bioeléctrico que subsana las deficiencias explicativas de la noción del genoma y que brinda una perspectiva cognitiva a los comportamientos mostrados por tejidos y células. Concluye mencionando algunas ventajas y aplicaciones que resultan del entendimiento de este código.

the regenerative wisdom of the body: Michael levin

En esta charla, Levin presenta un panorama general de su investigación sobre los procesos detrás de la regeneración, con ejemplos de cómo diversas especies animales controlan su crecimiento y su forma. Remarca la importancia del rol de la plasticidad del tejido, sea nervioso o no, durante la implementación de los mecanismos involucrados en este control de patrones y, finalmente, identifica los retos pendientes dentro del campo.

entrevista con Paco calvo, director del mint lab (completa)

En este vídeo Paco Calvo presenta su laboratorio de filosofía de la neurobiología vegetal. Da argumentos que demuestran por qué el trabajo filosófico es igualmente importante que el trabajo experimental. Mucho de su trabajo, comenta, va dirigido a conocer lo que es la inteligencia en plantas, como un agente que tiene motivaciones y necesidades en su entorno. A lo largo del video dará ejemplos de cómo estudia este fenómeno en plantas, los modelos que utilizan y no puedes dejar de pensar en lo similares que somos a otros organismos.

morphogenesis as a model for computation and basal cognition by michael levin

En esta videoconferencia, Michael Levin explica la importancia de la morfogénesis como un modelo mediante el cual es posible comprender la cognición de un microorganismo dentro de un marco evolutivo en relación con su ambiente natural, explicando cómo es posible simular a través de herramientas tecnológicas y computacionales aquellos patrones biológicos, químicos y físicos  que pueden repercutir en la manera en que piensan y procesan la información del medio, así como en la manera en que se desenvuelven en su entorno y las áreas de oportunidad que este campo podría traer para explicar, atender y abordar fenómenos del desarrollo vital que se han observado en los organismos unicelulares como pluricelulares.

what do bodies think about? | Royal society of biology east midlands branch

En esta conferencia de Levin, se indagan en los principios involucrados en la cognición de los múltiples niveles de organización biológica. Introduce el tema de la cognición anidada y ofrece una descripción detallada del rol de la comunicación bioeléctrica no neural en la regeneración y la edición de los patrones de memoria y, por último, introduce cómo aprender los secretos de la comunicación subyacente dirige a avances en la medicina regenerativa.

REFERENCIAS

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