Neuronas y dendritas especializadas desarrollan la matemática cerebral

Neuronas y dendritas especializadas desarrollan la matemática cerebral

Dos investigaciones diferentes han desvelado la importancia de las matemáticas para el cerebro: no solo tiene neuronas especializadas en sumar y restar, sino también dendritas que realizan cálculos complejos para procesar la información sensorial.

El cerebro tiene neuronas que se disparan específicamente durante ciertas operaciones matemáticas, según un estudio de las Universidades de Tubinga y Bonn.

Los hallazgos indican que algunas de esas neuronas están activas exclusivamente durante las sumas, mientras que otras lo están durante las restas.

No importa si la instrucción de cálculo está escrita como una palabra o un símbolo, ambas instrucciones son válidas para el cerebro. Los resultados de este trabajo se han publicado en la revista Current Biology.

Eso significa que no hay que poner el signo más (+) para que el cerebro realice una suma, sino que la expresión de los signos matemáticos con palabras también son válidos para las neuronas especializadas en operaciones matemáticas.

Esta constatación demuestra que las células especializas en operaciones matemáticas codifican una instrucción matemática para la realizar sus cálculos.

Nuevas pistas

Gracias a esta codificación, un programa informático adiestrado para analizar patrones cerebrales fue capaz de determinar cuándo las personas del experimento estaban restando o sumando.

Además, los investigadores pudieron observar que las neuronas especializadas en sumas y restas están distribuidas en distintas regiones cerebrales, y que se activan simultáneamente para realizar la operación matemática requerida, ya sea una suma o una resta.

Este estudio es importante porque, aunque se sabe desde hace tiempo que los cerebros de los monos tienen también neuronas específicas para ciertas reglas computacionales, lo que se conoce de esta capacidad neuronal en humanos es bastante limitado. El nuevo estudio aporta nuevas pistas de investigación sobre esta habilidad del cerebro humano.

Pero no todo termina aquí.

Procesamiento complejo

También se sabe desde hace tiempo que, dentro del cerebro humano, las neuronas realizan cálculos complejos sobre la información que reciben.

Fue una de las ideas propuestas por el neurólogo de Stanford, Karl Pribram (1919-2015), según el cual el cerebro ejecuta cálculos complejos con las frecuencias de los datos que procesa para interpretar la información que procede de los sentidos. 

Pribram incluso me dijo una vez, compartiendo mesa en un restaurante de Segovia, que sin un conocimiento de la así llamada Transformada de Fourier (una potente herramienta matemática para transformar señales) no era posible comprender el funcionamiento del cerebro. De hecho, esa herramienta se aplica para interpretar datos de encefalografía.

Pribram creía que las intrincadas matemáticas que desarrolla el cerebro para procesar la información sensorial pueden darse como un impulso nervioso que viaja por y entre las neuronas a través de una red de fibras muy finas (dendritas) propias de las células nerviosas.

Dendritas potentes

Ahora investigadores del MIT añaden algo significativo: han observado cómo las dendritas, extensiones similares a ramas que sobresalen de las neuronas, ayudan a realizar esos cálculos matemáticos.

Los investigadores, que publican sus resultados en la revista Neuron, descubrieron que, dentro de una sola neurona, diferentes tipos de dendritas reciben información de distintas partes del cerebro, y que la procesan de diferentes maneras.

Estas diferencias pueden ayudar a las neuronas a integrar una variedad de entradas y generar una respuesta adecuada, dicen los investigadores.

En las neuronas que los investigadores examinaron en este estudio, este procesamiento dendrítico ayuda a las células a captar información visual y a combinarla con la retroalimentación motora, en un circuito que está involucrado en la navegación y la planificación del movimiento.

Cálculos propios

Cualquier neurona puede tener docenas de dendritas que reciben información sináptica de otras neuronas, destacan los investigadores.

Este estudio refuerza la hipótesis de que estas dendritas pueden actuar como compartimentos que realizan sus propios cálculos sobre la información sensorial entrante, antes de enviar los resultados al cuerpo de la neurona.

La neurona, finalmente, integra todas estas señales para generar una salida y manifestar nuestra percepción: ¡qué bien huele esta flor!, exclamamos, sin ser conscientes de la complejidad matemática necesaria para percibir su fragancia.

Referencias

Neuronal codes for arithmetic rule processing in the human brain. Esther F. Kutter et al. Current Biology, February 14, 2022. DOI:https://doi.org/10.1016/j.cub.2022.01.054

Differential dendritic integration of long-range inputs in association cortex via subcellular changes in synaptic AMPA-to-NMDA receptor ratio. Mathieu Lafourcade et al. Neuron, February 17, 2022. DOI:https://doi.org/10.1016/j.neuron.2022.01.025

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