La teoria holonòmica del cervell és una branca de la neurociència que investiga la idea que la consciència es forma per efectes quàntics dins o entre cèl·lules cerebrals. L'holonòmia es refereix a les representacions en un espai de fase de Hilbert definit per coordenades espectrals i espai-temps. La teoria holonòmica del cervell s'oposa a per la neurociència tradicional, que investiga el comportament del cervell observant els patrons de les neurones i la química que l'envolta.
Aquesta teoria específica de la consciència quàntica va ser desenvolupada pel neurocientífic Karl Pribram inicialment en col·laboració amb el físic David Bohm, basant-se en les teories inicials dels hologrames formulades originalment per Dennis Gabor. Descriu la cognició humana modelant el cervell com una xarxa d'emmagatzematge hologràfica. Pribram suggereix que aquests processos impliquen oscil·lacions elèctriques a les xarxes dendrítiques de fibres fines del cervell, que són diferents dels potencials d'acció més coneguts que impliquen axons i sinapsis. Aquestes oscil·lacions són ones i creen patrons d'interferència d'ones en què la memòria es codifica de manera natural, i la funció d'ona es pot analitzar mitjançant una transformada de Fourier.
Gabor, Pribram i altres van assenyalar les similituds entre aquests processos cerebrals i l'emmagatzematge d'informació en un holograma, que també es pot analitzar amb una transformada de Fourier. En un holograma, qualsevol part de l'holograma amb una mida suficient conté tota la informació emmagatzemada. En aquesta teoria, un fragment de memòria a llarg termini es distribueix de manera similar sobre un arbre dendrític de manera que cada part de la xarxa dendrítica conté tota la informació emmagatzemada a tota la xarxa. Aquest model permet aspectes importants de la consciència humana, inclosa la memòria associativa ràpida que permet connexions entre diferents peces d'informació emmagatzemada i la no localitat de l'emmagatzematge de la memòria (una memòria específica no s'emmagatzema en una ubicació específica, és a dir, un determinat grup de neurones).
Orígens i desenvolupament In 1946 Dennis Gabor invented the hologram mathematically, describing a system where an image can be reconstructed through information that is stored throughout the hologram. He demonstrated that the information pattern of a three-dimensional object can be encoded in a beam of light, which is more-or-less two-dimensional. Gabor also developed a mathematical model for demonstrating a holographic associative memory. One of Gabor's colleagues, Pieter Jacobus Van Heerden, also developed a related holographic mathematical memory model in 1963. This model contained the key aspect of non-locality, which became important years later when, in 1967, experiments by both Braitenberg and Kirschfield showed that exact localization of memory in the brain was false.
Karl Pribram havia treballat amb el psicòleg Karl Lashley en els experiments d'engrames de Lashley, que utilitzaven lesions per determinar la ubicació exacta de records específics en cervells de primats. Lashley va fer petites lesions al cervell i va descobrir que aquestes tenien poc efecte sobre la memòria. D'altra banda, Pribram va eliminar grans àrees de còrtex, cosa que va provocar múltiples dèficits greus en la memòria i la funció cognitiva. Els records no s'emmagatzemaven en una sola neurona o ubicació exacta, sinó que es repartien per la totalitat d'una xarxa neuronal. Lashley va suggerir que els patrons d'interferència cerebral podrien tenir un paper en la percepció, però no estava segur de com es podrien generar aquests patrons al cervell o com conduirien a la funció cerebral.
Uns anys més tard, un article del neurofisiòleg John Eccles descrivia com es podia generar una ona als extrems ramificats dels axons presinàptics. Diverses d'aquestes ones podien crear patrons d'interferència. Poc després, Emmett Leith va aconseguir emmagatzemar imatges visuals a través dels patrons d'interferència dels feixos làser, inspirat per l'ús previ de Gabor de les transformacions de Fourier per emmagatzemar informació dins d'un holograma.Emmett N. Leith and Juris Upatnieks (1965). Photography by Laser. Scientific American Volume 212, Issue 6, June 1, 1965 Després d'estudiar el treball d'Eccles i el de Leith, Pribram va plantejar la hipòtesi que la memòria podria prendre la forma de patrons d'interferència que s'assemblen als hologrames produïts per làser.K. Pribram (1969). The Neurophysiology of Remembering. American Volume 220, Issue 1, January 1, 1969 El 1980, el físic David Bohm va presentar les seves idees d'holomoviment i d'ordre implicat i explicat. Pribram va conèixer el treball de Bohm el 1975The implicate brain by Karl H. Pribram, karlhpribram.com i es va adonar que, com que un holograma podia emmagatzemar informació dins de patrons d'interferència i després recrear aquesta informació quan s'activava, podia servir com una metàfora forta per a la funció cerebral. Pribram es va veure encara més encoratjat en aquesta línia d'especulació pel fet que els neurofisiòlegs Russell i Karen DeValois van establir junts que "la codificació de freqüència espacial mostrada per les cèl·lules de l'escorça visual es descrivia millor com una transformada de Fourier del patró d'entrada".
Visió general de la teoria Holograma i holonomia miniatura|Diagrama d'una possible configuració d'holograma. Una característica principal d'un holograma és que cada part de la informació emmagatzemada es distribueix per tot l'holograma. Tant els processos d'emmagatzematge com de recuperació es duen a terme d'una manera descrita per les equacions de transformació de Fourier. Sempre que una part de l'holograma sigui prou gran per contenir el patró d'interferència, aquesta part pot recrear la totalitat de la imatge emmagatzemada, però la imatge pot tenir canvis no desitjats, anomenats soroll.
Una analogia a això és la regió de radiodifusió d'una antena de ràdio. A cada ubicació individual més petita dins de tota l'àrea és possible accedir a tots els canals, de manera similar a com la totalitat de la informació d'un holograma està continguda dins d'una part. Una altra analogia d'un holograma és la manera com la llum solar il·lumina els objectes en el camp visual d'un observador. No importa com d'estret sigui el feix de llum solar. El feix sempre conté tota la informació de l'objecte i, quan es conjuga amb una lent d'una càmera o el globus ocular, produeix la mateixa imatge tridimensional completa. La fórmula de la transformada de Fourier converteix les formes espacials en freqüències d'ona espacial i viceversa, ja que tots els objectes són en essència estructures vibratòries. Diferents tipus de lents, que actuen de manera similar a les lents òptiques, poden alterar la naturalesa freqüencial de la informació que es transfereix.
Aquesta no-localitat de l'emmagatzematge d'informació dins de l'holograma és crucial, perquè fins i tot si la majoria de les parts estan danyades, la totalitat estarà continguda fins i tot dins d'una sola part restant de mida suficient. Pribram i altres van assenyalar les similituds entre un holograma òptic i l'emmagatzematge de memòria al cervell humà. Segons la teoria holonòmica del cervell, els records s'emmagatzemen dins de certes regions generals, però s'emmagatzemen no localment dins d'aquestes regions. Això permet que el cervell mantingui la funció i la memòria fins i tot quan està danyat. Només quan no existeixen parts prou grans per contenir el tot es perd la memòria. Això també pot explicar per què alguns nens conserven la intel·ligència normal quan s'eliminen grans porcions del seu cervell, en alguns casos, la meitat. També pot explicar per què no es perd la memòria quan el cervell es talla en diferents seccions transversals. miniatura|Un sol holograma pot emmagatzemar informació 3D de manera 2D. Aquestes propietats poden explicar algunes de les capacitats del cervell, inclosa la capacitat de reconèixer objectes en angles i mides diferents dels de la memòria emmagatzemada original. Pribram va proposar que els hologrames neuronals es formaven pels patrons de difracció d'ones elèctriques oscil·lants dins del còrtex. La representació es produeix com una transformació dinàmica en una xarxa distribuïda de microprocessos dendrítics. És important tenir en compte la diferència entre la idea d'un cervell holonòmic i un d'hologràfic. Pribram no suggereix que el cervell funcioni com un únic holograma. Més aviat, les ones dins de xarxes neuronals més petites creen hologrames localitzats dins del funcionament més ampli del cervell. Aquesta holografia per pegats s'anomena holonomia o transformacions de Fourier amb finestres.
Un model hologràfic també pot tenir en compte altres característiques de la memòria que els models més tradicionals no poden. El model de memòria de Hopfield té un punt de saturació de memòria primerenc abans del qual la recuperació de la memòria s'alenteix dràsticament i esdevé poc fiable. D'altra banda, els models de memòria hologràfica tenen capacitats d'emmagatzematge teòriques molt més grans. Els models hologràfics també poden demostrar memòria associativa, emmagatzemar connexions complexes entre diferents conceptes i semblar-se a l'oblit a través de "l'emmagatzematge amb pèrdues".
Xarxa sinaptodendrítica En la teoria clàssica del cervell, la suma de les entrades elèctriques a les dendrites i al soma (cos cel·lular) d'una neurona o bé inhibeix la neurona o bé l'excita i desencadena un potencial d'acció per l'axó fins on fa sinapsi amb la següent neurona. Tanmateix, això no explica les diferents varietats de sinapsis més enllà de la tradicional axodendrítica (d'axó a dendrita). Hi ha proves de l'existència d'altres tipus de sinapsis, incloses les sinapsis en sèrie i les que hi ha entre dendrites i soma i entre diferents dendrites. Moltes ubicacions sinàptiques són funcionalment bipolars, és a dir, que poden enviar i rebre impulsos de cada neurona, distribuint l'entrada i la sortida per tot el grup de dendrites.
Els processos en aquest eix dendrític, la xarxa de teledendrons i dendrites, es produeixen a causa de les oscil·lacions de les polaritzacions a la membrana de les dendrites de fibres fines, no a causa dels impulsos nerviosos propagats associats amb els potencials d'acció. Pribram postula que la durada del retard d'un senyal d'entrada a l'eix dendrític abans que viatgi per l'axó està relacionada amb la consciència mental. Com més curt sigui el retard, més inconscient serà l'acció, mentre que un retard més llarg indica un període de consciència més llarg. Un estudi de David Alkon va mostrar que després del condicionament pavlovià inconscient hi havia una reducció proporcionalment més gran del volum de l'eix dendrític, similar a l'eliminació sinàptica quan l'experiència augmenta l'automaticitat d'una acció. Pribram i altres teoritzen que, mentre que el comportament inconscient està mediat per impulsos a través de circuits nerviosos, el comportament conscient sorgeix de microprocessos a l'eix dendrític.
Alhora, la xarxa dendrítica és extremadament complexa, capaç de rebre de 100.000 a 200.000 entrades en un sol arbre, a causa de la gran quantitat de ramificació i les nombroses espines dendrítiques que sobresurten de les branques. A més, la hiperpolarització i la despolarització sinàptiques romanen una mica aïllades a causa de la resistència de l'estret tija de l'espina dendrítica, cosa que permet que una polarització s'estengui sense gaire interrupció a les altres espines. Aquesta propagació és afavorida intracel·lularment pels microtúbuls i extracel·lularment per les cèl·lules glials. Aquestes polaritzacions actuen com a ones a la xarxa sinaptodendrítica, i l'existència de múltiples ones alhora dóna lloc a patrons d'interferència.
Estructura profunda i superficial de la memòria