La
neocorteza es la región del cerebro en la que se desarrollan
el lenguaje, la imaginación o la capacidad de abstracción
el lenguaje, la imaginación o la capacidad de abstracción
Un equipo internacional de investigadores, miembros de los proyectos europeos Blue Brain y Human Brain Project, cuyo trabajo ha sido publicado en la revista científica Cell en octubre 2015, ha completado la primera reconstrucción informática detallada de un fragmento de esta región de la corteza cerebral.
El
neocórtex o neocorteza es la estructura
más humana del sistema nervioso, ya que es la región de la corteza
cerebral relacionada con las
capacidades que diferencian al ser humano de otros mamíferos, como por
ejemplo, el lenguaje, la imaginación o la capacidad de abstracción.
El
trabajo representa la culminación de 20
años de experimentación biológica, durante los cuales se ha generado el
conjunto primordial de datos, y 10 años
de trabajo de ciencia computacional, en los que se desarrollaron los
algoritmos y la construcción del ecosistema de software necesario para
reconstruir y simular el tejido de forma digital.
La
investigación desarrollada demuestra que la reproducción digital del cerebro humano y la simulación detallada de
su funcionamiento es posible – aunque sea a largo plazo.
Los
investigadores participantes en este estudio llevaron a cabo decenas de miles de experimentos con
las neuronas y las sinapsis (conexión entre neuronas) en el neocórtex de ratas
jóvenes y catalogaron cada tipo de neurona y cada tipo de sinapsis que
encontraron. Así, identificaron una serie de patrones fundamentales que describen cómo se organizan las
neuronas en el microcircuito y cómo están conectadas vía sinapsis y
desarrollaron un algoritmo capaz de
predecir las localizaciones de los casi 40 millones de sinapsis en los
microcircuitos.
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| Modelo 3D de neurona reconstruido |
Para
modelar el comportamiento de las sinapsis, los investigadores integraron los
datos de sus experimentos y los datos de la literatura científica, consiguiendo
calcular las corrientes iónicas que
fluyen a través de 37 millones de sinapsis mediante la integración de
datos para sólo algunas de ellas.
La
infraestructura de supercomputación y el amplio ecosistema de software
desarrollado en el marco de este proyecto es imprescindible para avances como
el presente en el campo de la neurociencia ya que únicamente con este tipo de infraestructura es posible resolver los miles
de millones de ecuaciones necesarias para simular cada intervalo de 25
microsegundos de los que se compone la simulación.
Nuevas
teorías a partir de la simulación.
Las simulaciones realizadas han permitido además desarrollar nuevas teorías que no habían sido posibles en base a
la experimentación biológica, como la constatación de que existen múltiples
mecanismos celulares y sinápticos que pueden conmutar el circuito de un estado
de actividad a otro (sincrónico y asincrónico), lo que podría dar lugar a nuevas formas de estudiar el procesamiento de
información y los mecanismos de la memoria en los estados cerebrales
normales, como la vigilia, la somnolencia y el sueño, y algunos de los
mecanismos en los estados anormales, tales como la epilepsia, y potencialmente,
otros trastornos cerebrales.
Interrogantes sobre el funcionamiento del
cerebro
Las
neuronas producen pequeñas descargas eléctricas en sus membranas, que viajan a
través de los axones para liberar señales químicas. Es allí donde están todas
las cosas que sentimos.
Sin
embargo, hay determinados grupos de neuronas implicados en fenómenos más
complejos que hacen más difícil de entender la actividad neuronal. Aún no se
sabe bien qué parte del cerebro está implicada en cada uno de estos procesos,
aunque se piensa que las neuronas actúan en grupo y no individualmente. Los
impulsos nerviosos podrían no ser la única forma en que se transmite la
información.
Otro
problema es que existen varios tipos de memorias: a corto y largo plazo, y
dentro de la segunda, la memoria declarativa – nombres y hechos –, y las no
declarativas – como andar en bicicleta –. A pesar de las diferencias, parece que hay un mecanismo molecular común.
Cuando
las neuronas se activan juntas, la conexión entre ellas es más fuerte y se
crean asociaciones. Sin embargo, cuando el cerebro crea esas asociaciones, se
codifican las relaciones entre las cosas y no los detalles.
Más
misterioso aún es el hecho de cómo recordamos las cosas mediante un proceso
rápido, algunas memorias las modificamos o borramos. Recientes estudios ven que
algunos químicos pueden bloquear y modificar la memoria.
Poco
se ha estudiado a todas aquellas actividades que hace el cerebro sin necesidad
de estímulos externos: en estudios de neuroimagen se vio que,
independientemente de la tarea asignada, el cerebro disminuye la actividad de
determinadas áreas, que realizan actividad de referencia cuando no son
utilizadas, de forma similar a cómo funciona el cerebro.
Las
emociones llevan consigo una serie de signos físicos como el incremento de los
latidos del corazón o la tensión muscular. Los sentimientos son experiencias
subjetivas que acompañan a este proceso tangible.
Las
emociones suelen funcionar a través de la parte inconsciente del cerebro, y son
comunes a las diferentes culturas e incluso a los diferentes animales. Otros
puntos de vista dicen que las emociones son estados cerebrales que asignan
valores a los resultados y hacen un plan de acción rápido.
No
se sabe a ciencia cierta qué significa la inteligencia de forma biológica, si
las personas más inteligentes utilizan el cerebro de forma diferente y cómo lo
hacen. Recientes estudios muestran una relación entre la inteligencia y la
memoria a corto plazo, aunque los resultados no son concluyentes. Lo cierto es
que la inteligencia no se puede relacionar con una sola área del cerebro o un
único mecanismo.
El
cerebro tiene problemas para sincronizar señales diferentes que ocurren al
mismo tiempo pero que se procesan a diferentes velocidades. Los sentidos
procesan las cosas de forma diferente, por ejemplo, pero el cerebro intenta que
se las vea como simultáneas.
Sin
duda alguna, el paso del tiempo, la simultaneidad y similares son
construcciones de nuestro cerebro. La falta de sincronía puede acarrear
problemas como la dislexia o las caídas en personas mayores.
No
se entiende cómo se coordinan las diferentes áreas del cerebro para trabajar
juntas y funcionar rápidamente, especialmente teniendo en cuenta que las
señales eléctricas del cerebro suceden lentamente. El
cerebro es un procesador paralelo, que lleva a cabo varias operaciones al mismo
tiempo de forma extremadamente rápida.
La
mayoría de los científicos concuerdan en que la consciencia surge de las cosas
materiales, ya que éstas generan pequeños cambios físicos en el cerebro que
pueden alterar las experiencias subjetivas. Los mecanismos detrás de la
consciencia pueden realizarse a varios niveles, y se cree que la masiva
retroalimentación (reverse engeneering) de los circuitos del cerebro es esencial para crear la
consciencia.
Ver :
Descubrimiento de una nueva célula nerviosa – Regeneración de neuronas con células artificiales híbridas
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