Descubra cómo el cerebro crea nuevos recuerdos, preservando los viejos

Los científicos han desarrollado un nuevo modelo matemático que ayuda a explicar cómo la complejidad biológica del cerebro humano le permite depositar nuevos recuerdos sin borrar los viejos.

Los procesos del cerebro humano son tan complejos que los científicos han estado desarrollando modelos matemáticos para comprenderlos por completo. (Fuente: Pixabay)

Un nuevo estudio muestra cómo nuestro cerebro crea nuevos recuerdos, sin borrar los más antiguos.

Los científicos de Columbia han desarrollado un nuevo modelo matemático que ayuda a explicar cómo la complejidad biológica del cerebro humano le permite depositar nuevos recuerdos sin borrar los viejos, ilustrando cómo el cerebro mantiene la fidelidad de los recuerdos durante años, décadas o incluso toda la vida.

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Este modelo podría ayudar a los neurocientíficos a diseñar estudios más específicos de la memoria y también impulsar los avances en el hardware neuromórfico, potentes sistemas informáticos inspirados en el cerebro humano.

El cerebro recibe, organiza y almacena recuerdos continuamente. Estos procesos, que se han estudiado en innumerables experimentos, son tan complejos que los científicos han estado desarrollando modelos matemáticos para comprenderlos por completo, dijo Stefano Fusi, autor principal del artículo. El modelo que hemos desarrollado finalmente explica por qué la biología y la química subyacentes a la memoria son tan complejas y cómo esta complejidad impulsa la capacidad del cerebro para recordar.

Se cree que los recuerdos se almacenan en sinapsis, estructuras diminutas en la superficie de las neuronas. Estas sinapsis actúan como conductos, transmitiendo la información alojada dentro de los pulsos eléctricos que normalmente pasan de una neurona a otra. En los primeros modelos de memoria, la fuerza de las señales eléctricas que pasaban a través de las sinapsis se comparaba con una perilla de volumen en un estéreo; marcó hacia arriba para aumentar (o hacia abajo para disminuir) la fuerza de la conexión entre las neuronas. Esto permitió la formación de recuerdos.

Estos modelos funcionaron muy bien, ya que contaban con una enorme capacidad de memoria. Pero también plantearon un dilema intrigante.

El problema con un modelo simple, similar a un dial, de cómo funcionan las sinapsis era que se suponía que su fuerza podía subir o bajar indefinidamente, dijo el Dr. Fusi, y agregó: Pero en el mundo real esto no puede suceder. Ya sea la perilla de volumen de un estéreo o cualquier sistema biológico, tiene que haber un límite físico en cuanto a cuánto puede girar.

Cuando se impusieron estos límites, la capacidad de memoria de estos modelos colapsó.

Por lo tanto, el Dr. Fusi, en colaboración con el investigador del Instituto Zuckerman, Larry Abbot, ofreció una alternativa: cada sinapsis es más compleja que un solo dial y, en cambio, debería describirse como un sistema con varios diales.

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En 2005, los doctores Fusi y Abbott publicaron una investigación que explica esta idea. Describieron cómo diferentes diales dentro de una sinapsis podrían operar en conjunto para formar nuevos recuerdos mientras se protegen los viejos. Pero incluso ese modelo, se dieron cuenta los autores más tarde, no cumplía con lo que creían que el cerebro, en particular el cerebro humano, podía contener.

Nos dimos cuenta de que los diversos componentes sinápticos, o diales, no solo funcionaban en diferentes escalas de tiempo, sino que también probablemente se comunicaban entre sí, dijo Marcus Benna, el primer autor del artículo de Nature Neuroscience de hoy. Una vez que agregamos la comunicación entre componentes a nuestro modelo, la capacidad de almacenamiento aumentó en un factor enorme, volviéndose mucho más representativa de lo que se logra dentro del cerebro vivo.

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El Dr. Benna comparó los componentes de este nuevo modelo con un sistema de vasos de precipitados conectados entre sí a través de una serie de tubos.

En un conjunto de vasos de precipitados interconectados, cada uno lleno con diferentes cantidades de agua, el líquido tenderá a fluir entre ellos de manera que los niveles de agua se igualen. En nuestro modelo, los vasos de precipitados representan los diversos componentes dentro de una sinapsis, explicó el Dr. Benna. Agregar líquido a uno de los vasos de precipitados o eliminar parte de él representa la codificación de nuevos recuerdos. Con el tiempo, el flujo de líquido resultante se difundirá a través de los otros vasos, lo que corresponde al almacenamiento de recuerdos a largo plazo.

Ambos investigadores tienen la esperanza de que este trabajo pueda ayudar a los neurocientíficos en el laboratorio, actuando como un marco teórico para guiar experimentos futuros, lo que en última instancia conduce a una caracterización más completa y detallada del cerebro.

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Si bien la base sináptica de la memoria está bien aceptada, en gran parte debido al trabajo del premio Nobel y codirector del Instituto Zuckerman, el Dr. Eric Kandel, aclarar cómo las sinapsis apoyan los recuerdos durante muchos años sin degradación ha sido extremadamente difícil, dijo el Dr. Abbott. Los doctores Benna y Fusi deberían servir como guía para los investigadores que exploran la complejidad molecular de la sinapsis.

Las implicaciones tecnológicas de este modelo también son prometedoras. El Dr. Fusi ha estado intrigado durante mucho tiempo por el hardware neuromórfico, computadoras diseñadas para imitar un cerebro biológico.

Hoy en día, el hardware neuromórfico está limitado por la capacidad de memoria, que puede ser catastróficamente baja cuando estos sistemas están diseñados para aprender de manera autónoma, dijo el Dr. Fusi. Crear un mejor modelo de memoria sináptica podría ayudar a resolver este problema, acelerando el desarrollo de dispositivos electrónicos que son compactos y energéticamente eficientes y tan potentes como el cerebro humano.

Este artículo titulado Principios computacionales de consolidación de la memoria sináptica se publica en línea en Nature Neuroscience.

El artículo anterior es solo para fines informativos y no pretende sustituir el consejo médico profesional. Siempre busque la guía de su médico u otro profesional de la salud calificado para cualquier pregunta que pueda tener con respecto a su salud o una condición médica.

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