Neurocientíficos Piden una Visión más Completa de Cómo el Cerebro Forma los Recuerdos

biofísica Jul 04, 2017

Por:  William Brown, Biofísico de Resonance Science Foundation 

El paradigma neurocomputacional es el modelo predominante para explicar el funcionamiento cognitivo del cerebro: la generación de qualia subjetivas que comprenden un estado de conciencia, experiencias fenomenológicas, así como el aprendizaje y la memoria. Como indica su nombre, el modelo neurocomputacional se basa en la teoría de que el cerebro es análogo a un computador y, por tanto, la actividad mental surge de las operaciones computacionales de las neuronas, concretamente de las conexiones sinápticas entre ellas.

Este modelo estándar de biología cognitiva se ha enfrentado a importantes retos a la hora de construir una explicación coherente y viable por la que la conciencia, en particular los agentes con libre albedrío, surgirían del comportamiento computacional. Lo que ha llevado a algunos, uno de los más notables de los cuales es el físico Dr. Roger Penrose, a plantear que algún comportamiento "intrínseco" de la actividad neuronal está operando más allá de un programa basado en la computación en la generación de la conciencia y la cognición.

Muchas de estas teorías avanzadas postulan que el comportamiento intrínseco que se correlaciona con el aprendizaje y la memoria está ocurriendo dentro de la neurona a nivel molecular, involucrando componentes del sistema supramolecular celular que pueden realizar operaciones de procesamiento de la información mucho más allá de la potenciación sináptica por sí sola (cambios en la sinapsis, conocidos como plasticidad sináptica, que se correlacionan con el aprendizaje y la memoria). El estudio del físico Nassim Haramein et al. en la publicación The Unified Spacememory Network presenta precisamente una teoría avanzada de la física y la dinámica supramolecular celular que subyace a los procesos de conciencia, experiencia fenomenológica, qualia mental y memoria.

Un nuevo estudio (new study), publicado esta semana en la revista Neuron, examina las limitaciones de la plasticidad sináptica en las operaciones de aprendizaje y memoria del modelo neurocomputacional. La publicación sostiene que, si bien la plasticidad sináptica establece el mapa de conectividad entre neuronas individuales que se correlaciona con la formación de una memoria, no es suficiente para explicar todos los aspectos del aprendizaje. Un segundo proceso denominado "plasticidad intrínseca", o cambios en la intensidad de la actividad de las neuronas dentro de un circuito de conectividad, desempeña también un papel importante.

"La plasticidad sináptica no da cuenta por completo de la complejidad de los mecanismos de aprendizaje que conocemos en este momento", dijo el doctor Christian Hansel, profesor de neurobiología y autor principal del nuevo trabajo. "Faltaban elementos, y con la introducción de la plasticidad intrínseca, de repente se ve un sistema que es más dinámico de lo que pensábamos".

En estudios recientes en los que se utilizan herramientas optogenéticas, que permiten a los científicos controlar la actividad de las neuronas con luz, los investigadores han podido controlar el almacenamiento y la recuperación de la memoria de las células cerebrales. Las herramientas optogenéticas ofrecen a los científicos una ventana a la actividad del cerebro en su conjunto, incluso en animales vivos. Estos nuevos estudios muestran cómo tanto las neuronas individuales como los grupos, o conjuntos, de neuronas trabajan juntos mientras se producen los procesos de memoria y aprendizaje, a menudo sin que sea necesario modificar las conexiones entre las sinapsis.

Por ejemplo, la plasticidad sináptica se basa en el condicionamiento repetido para desarrollar conexiones más fuertes entre las células, lo que significa que un animal tiene que experimentar algo varias veces para aprender y formar una memoria. Pero, por supuesto, también aprendemos a partir de experiencias únicas y breves que no necesariamente desencadenan cambios en las sinapsis, lo que significa que tiene lugar otro proceso de aprendizaje más rápido.

Los autores señalan varios estudios que demuestran que la plasticidad intrínseca es un mecanismo casi instantáneo que probablemente tiene un umbral más bajo, o necesita menos experiencias, para iniciarse. Por tanto, podría ser más apropiado para el aprendizaje rápido resultante de experiencias únicas, en lugar del proceso lento y adaptativo que supone la plasticidad sináptica.

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