Escáner fMRI para investigar la respuesta cerebral de los perros

Un reciente estudio ha conseguido realizar por primera vez un escáner cerebral con resonancia funcional magnética fMRI a dos perros no sedados y en libertad.

¿Qué piensa mi perro cuando me mira con esa mirada tan adorable? ¿Qué quiere? ¿Me reconoce? ¿Sabe cuando estoy contento o furioso? ¿Tiene empatía, es decir, es capaz de ponerse en mi situación emocional y sentirse como yo alegre o triste? ¿Cuánto entiende del lenguaje con el que trato de comunicarme en él?

Cualquier dueño de un perro puede responder a estas preguntas. Y la respuesta será sin duda sesgada. Mi perro es muy listo y lo entiende todo. Hoy estamos un poco más cerca de responder de forma objetiva a estas preguntas. Se ha iniciado una serie de experimentos con perros en un escáner de resonancia magnética.

Una resonancia funcional magnética fMRI mide el consumo de oxígeno en cada parte del cerebro. A partir de ello se infiere que áreas están más activas en cada momento. Es la estrella de la neuroimagen y se realizan cientos de experimentos anuales para estimar qué partes del cerebro son responsables de cada conducta. La fMRI se realiza en un gran escáner en el que hay que introducir la cabeza y permanecer completamente quieto. Si nos movemos, la imagen sale borrosa y es inútil.

Para realizar el estudio se han usado dos perros, Callie, un Feist de 2 años y McKenzie, un Border Collie de 3 años. Los perros fueron entrenados durante meses para entrar en el escáner fMRI y mantenerse completamente inmóviles mientras se medía su actividad neural. En los estudios anteriores realizados con perros estos estaban sedados de modo que sus respuesta neurales eran atípicas. Es la primera vez que esto se realiza con perros no sedados ni atados. Para protegerse del ruido, los perros llevaban orejeras.

En este primer experimento se estudió la respuesta a los movimientos de la mano de su amo. Una señal significa que el perro recibiría una salchicha de regalo. Otra señal significa que el perro no recibiría nada. La región caudada del cerebro, que en los humanos está relacionada con la recompensa, se activaba con la primera señal y no con la segunda.

Estos resultados indican que los perros ponen mucha atención a las señales humanas. Y estas señales están en línea directa con el sistema de recompensa del perro.

El estudio es interesante por la relación especial del perro y el hombre. El perro es la primera especie domesticada por el hombre hace 10.000 años. Estudiar al perro es estudiar antropología humana. Nosotros creamos al perro, pero en alguna medida el perro nos creó a nosotros. El estudio versa sobre la cognición canina. También sobre la comunicación entre especies distintas y su cognición social.

Este es el primero de una serie de estudios. Parecen prometedores entre otras cosas por la actitud de sus protagonistas. Calli entraba en el escáner por su propio pie y a veces cuando no era su turno. Estaba deseosa de colaborar.

Artículo publicado originalmente en ALT1040

Leer la mente, un libro de Jorge Volpi

Leer la mente es un fascinante libro del escritor mexicano Jorge Volpi en el que escudriña los misterios de la mente humana desde la perspectiva de un creador de ficción.

Una opinión extendida sostiene que la ficción no sirve para nada. Más aún, la ficción, como el arte en general, es valiosa porque es inútil, no tiene ningún propósito práctico y su único valor es el de proporcionar placer. En Leer la mente, Jorge Volpi se propone rebatir esta opinión y lo hace brillantemente a lo largo de las escasas ciento setenta páginas que contiene el libro.

Mi hipótesis central: si la ficción es una herramienta tan poderosa para explorar la naturaleza -y en especial la naturaleza humana-, es porque la ficción también es la realidad.

La ficción, la novela, los cuentos, las películas, el teatro, las series, los videojuegos no solo son útiles y prácticos. Son imprescindibles para el desarrollo del individuo y la especie humana. La ficción es un experimento mental que me permite vivir un mundo imaginario y buscar respuestas en él, expandir mi mente, hacerme más humano. En la ficción vivo en el otro, experimento sus miedos y alegrías, sus aciertos y fracasos. Una buena película no me hace pasar una buena tarde, cambia mi vida.

Uno de los productos de la imaginación soy yo mismo. Me invento, me construyo. Yo soy una ficción. Y más aún tú. Eres una ficción producto de mi mente. Naturalmente tú eres real y externo a mí, pero además eres una idea compuesta de otras ideas, de mis sensaciones sobre ti, de mis ideas previas, de mis necesidades y mis potencialidades. Yo soy una ficción y tú también. Aunque nos basamos en hechos ciertos y externos. Somos ficciones verdaderas. Una novela es una ficción que no es verdadera, aunque no necesariamente es falsa, es un simulacro de la realidad. Y si bien es cierto que todos somos ficciones, no lo es menos que todos somos creadores. Nuestro cerebro no reproduce la realidad exterior, la interpreta, la crea.

Tan provocador argumento es a su vez cierto. Volpi realiza una análisis de los temas más candentes en la neurociencia actual con un acento personal y provocador. La conciencia, el Yo o la memoria son algunos de los temas que trata. La bibliografía final recoge los más importantes títulos del estudio de la mente en la actualidad. Volpi es leído, erudito, ameno, genial.

Aunque el libro es excelente, contiene alguna imprecisión y superficialidad. Discrepo en concreto con su interpretación de la conciencia. Según él, la conciencia es la conciencia del Yo, la autoconciencia. A mi entender son cosas distintas. Soy consciente de la realidad y como parte de esa realidad, como parte muy importante, soy consciente de mí mismo. Volpi no desvela el enigma de la conciencia. si lo hiciera, el mundo se volvería hacia él. Nadie es capaz hoy de plantearse siquiera de forma adecuada el mayor misterio al que nos enfrentamos, el llamado problema difícil de la conciencia: por qué o cómo una realidad material, el cerebro, crea una realidad inmaterial (porque la conciencia es real), la mente. Estamos muy lejos de la solución.

La explicación de la memoria es por el contrario brillante. Exigimos a la memoria un esfuerzo para el que no está diseñada, recordar minuciosamente los detalles de nuestra historia, de las historias de los otros, de otras historias, de la Historia. Pero la memoria es caprichosa, se acuerda de lo que le place, de lo que es interesante, de lo que es emocionante. La memoria fabula y falla. Confundimos lo vivido con lo imaginado y con lo que hemos visto realizar a los otros. Y la memoria solo tiene un objetivo: predecir el futuro.

Pero el cerebro cuenta con un solo material a partir del cual dibujar los escenarios del porvenir -el pasado, por supuesto.

También habla de las ideas.

Solo los más ambiciosos y los más cínicos, empresarios, agentes y creadores, tienen la desfachatez de defender a ultranza los derechos de autor. Las ideas son un patrimonio común -todos somos piratas.

He leído muchos libros y artículos sobre el cerebro. Leer la mente no es un libro de divulgación al uso. Creado por un escritor, por un artista, explica de forma clarividente la mente humana. Y lo hace de una forma bella. Decenas de anécdotas, visiones personales, analogías y simbolismos ilustran una obra que en esencia es hermosa.

Artículo publicado originalmente en ALT1040

Los prejuicios cognitivos disminuyen cuando pensamos en una lengua extranjera

Un estudio ha demostrado que resolver problemas pensando en una lengua extranjera reduce los prejuicios o sesgos cognitivos.

En economía, el cerebro no es lógico, es psicológico

En general nuestro pensamiento es lógico solo a medias. Manifestamos una gigantesca cantidad de prejuicios cognitivos a la hora de tomar decisiones. Estos han sido estudiados y sometidos a experimentación y vienen a concluir que dependiendo de nuestro estado y la forma de presentar la información, descartamos la solución más lógica con frecuencia y nos inclinamos por decisiones sesgadas.

Estos sesgos son tan importantes que sus estudios han merecido la concesión de dos Premio Nobel. Maurice Allais, Premio Nobel de Economía de 1988 estableció lo que se llamaría la paradoja de Allais. Más tarde, Daniel Kahneman (Premio Nobel de Economía en el 2002) y Amos Tversky postularon la teoría de las perspectivas.

Ambos muestran la falta de coherencia entre las decisiones que toman los sujetos con la utilidad esperada. Esto introduce fundadas sospechas sobre la cientificidad de las decisiones en economía.

Algunos prejuicios comunes

El más conocido es la lotería o las quinielas. En juegos de azar donde existe la banca, con un número de jugadas suficiente, siempre gana la banca. La esperanza matemática es que de cada 100 euros que jugamos perdemos 30 que se lleva la banca o la hacienda pública. Pero millones de personas en el mundo participan en estos juegos.

Según la teoría de la perspectiva, no actuamos en abstracto, objetivamente, de forma absoluta, sino que lo hacemos en un marco de referencia. Comparamos con nuestro punto de partida. Así, arriesgamos para no perder, pero cuando se trata de ganar, optamos por lo seguro.

El efecto de la dotación dice que valoramos más lo que poseemos que aquello de igual valor que no poseemos.

La aversión a las pérdidas hace que sea mayor la insatisfacción por perder 100 euros que la satisfacción por ganarlos.

Veamos el siguiente ejemplo. 600 personas pueden verse afectadas por una enfermedad.

• La opción A salva la vida a 200 personas.
• La opción B tiene una probabilidad del 33% de salvar la vida a las 600 personas y un 66% de que todos mueran.

La probabilidad es la misma en ambas opciones, pero la mayoría de los sujetos elige la A.

El mismo dilema expuesto de otra forma.

• La opción C lleva a la muerte a 400 personas.
• La opción D tiene una probabilidad del 33% de que no muera nadie y el 66% de que mueran 600.

En este caso, la mayoría elige la opción D (equivalente a la B) frente a la C (igual que la A)

La lengua extranjera

Podría parecer que pensar en una lengua extranjera introduce aún más caos, incertidumbre y sesgo cognitivo.

Sin embargo el nuevo estudio afirma lo contrario. La manipulación en la forma de presentar la información en la lengua nativa se confirma como en todos los experimentos anteriores. Pero cuando la manipulación se presenta en una lengua extranjera, los sujetos no se ven tan influenciados por la manipulación.

Proponemos que este efecto ocurre porque una lengua extranjera proporciona una mayor distancia cognitiva y emocional que la lengua nativa.

Más vale pájaro en mano que ciento volando. Mejor malo conocido que bueno por conocer. ¿Seguro?

Artículo publicado originalmente en ALT1040

La música ¿es un invento cultural o está en nuestros genes?

Dos psicólogos, Gary Marcus y Geoffrey Miller debaten sobre el origen de la música sosteniendo posturas opuestas. Uno argumenta que no hay genes musicales, que la música es un producto cultural como muchos otros. Otro sostiene que la música es producto de la evolución con el objetivo de encontrar pareja reproductiva.

Puesto que ni la capacidad de disfrutar ni la de producir notas musicales tienen la menor utilidad para el hombre en sus hábitos cotidianos, hay que clarificarlas entre las facultades más misteriosas de las que está dotado. Charles Darwin

La música como cultura

La música es un producto cultural universal. Los instrumentos musicales más antiguos tienen más de 35.000 años. Los niños la aprenden sin dificultad. Aunque las distintas músicas suenen muy diversas, en realidad contienen muchos elementos comunes. Todas las las culturas cantan, tocan tambores y bailan y hay muchos conceptos iguales como el ritmo, el baile, el tono musical, las escalas, la repetición de estructuras y los cambios de timbre para expresar emociones.

¿Es tan generalizada la música como para decir que es universal? ¿Y si es universal, está en nuestros genes?

En realidad, 35.000 años es un suspiro en la historia evolutiva humana. Aunque se trata de más de 1.000 generaciones, solo supone un 0,1% del tiempo que los mamíferos llevan sobre la tierra. Todo el mundo aprende a hablar pero no todo el mundo aprende a cantar. Algunos no son capaces de reproducir las canciones más comunes y muy pocos aprenden instrumentos. La música es muy común, pero no tan universal como el lenguaje.

Hemos nacido para escuchar el lenguaje y los sonidos musicales suenan parecidos al lenguaje. Los bebés prefieren el lenguaje y le prestan mas atención que a la música. Los músicos son grandes ingenieros que construyen cosas que la gente quiere, con cerebros que evolucionaron antes de que la tecnología existiera. Hay grandes áreas del cerebro que se activan con la música, pero no están dedicadas a ella. La música, la lectura o los videojuegos usan regiones que ya tenían otras funciones.

Los genes de la música

En otro lugar, Darwin dijo:

Existen pocas dudas de que el orador apasionado, el bardo o el músico, cuando con sus variados tonos y cadencias excita las más intensas emociones de sus oyentes, usa los mismos mecanismos por los cuales sus antecesores medio humanos levantaban en el otro ardientes pasiones durante el cortejo y la rivalidad.

Los beneficios reproductivos son claros. Los músicos atraen más a las parejas sexuales que los no músicos. También se ve en otras especies: canciones de los insectos, ranas, pájaros, ballenas y gibones. Aunque en general solo cantan los machos, en la especie humana los dos sexos cantan. Ambos son exigentes para buscar una relación duradera que es la que da más hijos. Ambos usan arte, bromas, música o virtudes morales. En algunas otras especies, pocas, los dos sexos cantan como algunos pájaros y gibones.

Dado que somos los únicos grandes simios con aptitudes para el ritmo y la melodía, es probable que sea una adquisición reciente y no haya áreas cerebrales dedicadas a la música. Las áreas musicales en los humanos se superponen con otras habilidades. Como involucran muchas regiones, se entiende que alguien dotado para la música tiene un cerebro en general bien estructurado y merece la pena para su pareja sexual. Además, el contenido de las canciones versa en general sobre amor, algo que parece indicar que es la atracción sexual y el romanticismo una de sus bases, algo que no se ve tanto en otras creaciones culturales.

Pero, ¿se han encontrado genes musicales?

No hay muchas investigaciones sobre genes y música. Como una habilidad general, no se puede encontrar un gen específico que explique la música sino miles de genes. Los que se han encontrado, están también relacionados con otras habilidades humanas no musicales.

Puede haber dos tipos de genes. Unos relacionados con el talento musical. Dado que hay más de medio millón de bases de ADN relacionas con la inteligencia general, un número grande debe estar relacionado con el talento musical.

Los genes relacionados con la la capacidad humana no presente en otras especies deben de ser muy pocos. Si descubrimos que existen en el hombre y en el Neanderthal, sabremos que los genes musicales han aparecido en los últimos 200.000 años, cuando nuestras especies se separaron.

El apasionado debate está lejos de concluir y muestra un hecho sorprendente: la música es omnipresente en nuestro mundo pero apenas ha sido estudiada biológicamente.

¿Y tú, qué opinas? Es la música un producto cultural como otros o nacemos predispuestos a la música.

Artículo publicado originalmente en ALT1040

Cerebro multitarea ¿puedes andar y hablar a la vez?

El cerebro es masivamente paralelo. Cuando nos fijamos en algo, millones de neuronas trabajan a la vez. Al mismo tiempo, podemos respirar, andar, oír o pensar. Sin embargo, en actividades que requieren nuestra atención, la multitarea se reduce drásticamente.

Multitarea es la capacidad de realizar varias tareas al tiempo. En el mundo de los ordenadores es un concepto antiguo. Aunque en realidad la completa multitarea es difícil de conseguir. Un procesador es mil veces más rápido que la memoria y esta es mil veces más rápida que el disco. Si tenemos que cargar datos de disco a memoria, el procesador se queda parado esperando. Por ello se inventó la multitarea. En realidad, el procesador no realiza multitarea sino un cambio rápido entre tareas (aunque nuevos procesadores multihebra y multicore pueden hacerlo, para simplificar, consideremos que no). Si los recursos (por ejemplo, memoria) son suficientes, la multitarea mejora el rendimiento global. Pero si son escasos, el rendimiento disminuye. Es lo que ocurre con la paginación. Si cada vez que el procesador cambia de tarea tiene que volver a cargar datos de disco porque no cabían en memoria, el rendimiento global disminuye.

Algo parecido ocurre en el cerebro, aunque las analogías son siempre limitadas: conocemos bien los ordenadores pero poco el cerebro.

Los lóbulos frontales del cerebro, su parte más evolucionada y genuínamente humana tienen a su cargo varias funciones. Entre ellas se encuentra prestar atención, coordinar la información, solictar recursos y planificar actividades. Es la función ejecutiva del cerebro.

La atención puede ser de dos tipos. Divergente, dispersa, pendiente de varios estímulos a la vez en busca de algo relevante. O convergente, enfocada en un problema concreto ignorando el resto de estímulos.

No podemos realizar dos tareas simultáneas si estas son muy demandantes cognitivamente. Se producen los llamados cuellos de botella o embudos. Podemos cambiar de una tarea a otra, pero esto conlleva un gasto adicional de recursos (como la paginación de los ordenadores). Una tarea interfiere en la otra y el rendimiento de ambas se ve afectado. Además, las posibilidades de error aumentan.

Si estamos muy enfrascados en una tarea demandante, bloqueamos la información que proviene de otras tareas. Prueba a calcular mentalmente el resultado de la operación 37 x 43 mientras sigues leyendo este artículo. No puedes. El cálculo mental es demasiado exigente, se produce un cuello de botella, debes dejarlo todo para completarlo. No hay multitarea. A pesar de todo, la multitarea se mantiene a otros niveles inferiores y, aunque estemos muy focalizados en un pensamiento, hay recursos disponbles para mantener el contacto con el exterior. Por muy concetrado que estés, si alguien grita ¡Fuego! prestarás atención y olvidarás la tarea anterior.

¿Puedes andar y hablar a la vez? Sí, porque realizamos una de las tareas automáticamente. Andar no es una tarea que demande muchos recursos cognitivos. Está realizada por el tronco cerebral, la parte más primitiva del cerebro. Ello deja al córtex, la parte más evolucionada, libre para realizar otras tareas.

Las tareas motoras repetitivas pueden aprenderse. El cerebelo interviene en ello. Cuando aprendemos a montar en bicicleta, toda nuestra atención está puesta en la tarea. Con el tiempo, aprendemos, la tarea se automatiza y somos capaces de hacerla de modo inconsciente de forma que no requiere nuestra atención y el córtex puede dedicarse a otras cosas. Pero si encontramos obstáculos en la ruta, montar en bicicleta vuelve a ser cognitivamente demandante y debemos dedicar nuestra atención a esquivarlos, olvidándonos de lo que estabamos pensando.

¿Y qué ocurre con el procesamiento de la información de los medios sociales? ¿Podemos ver la televisión mientras chateamos y hablamos por teléfono? En un nuevo estudio se sugiere que no. El estudio se realizó con dos grupos de personas: los de elevada multitarea y los de multitarea moderada. Los primeros obtenían en general peores rendimientos. Ello es debido a que se distraían en todas las circunstancias. Sin embargo, cuando se trataba de integrar información de varias modalidades sensoriales, obtenían un mejor rendimiento.

Cada vez somos más multitarea. Esto no es necesariamente malo, pero debemos mantener la capacidad de profundizar en los asuntos que lo requieren. También organizar mejor las tareas de modo que la multitarea no nos impida dedicarnos a lo importante y que unas tareas no interfieran en las otras de forma que el rendimiento global sea peor.

Artículo publicado originalmente en ALT1040

¿Son las lenguas equivalentes?

Un estudio realizado con 7 lenguas indica que el español se habla más rápido que en chino mandarín, pero que la tasa de transferencia de información es la misma en todas las lenguas estudiadas.

Cuando escuchas hablar a alguien en una lengua que desconoces tiendes a pensar que esta es muy difícil, diabólica incluso. Sin embargo, todo parece indicar que las lenguas son equivalentes en lo que pueden expresar, en su estructura profunda y según este estudio en la tasa de transferencia de información.

El lenguaje es una capacidad innata del ser humano, aunque la lengua concreta se aprende. Cualquier niño sin problemas y con una estimulación suficiente puede aprender cualquier idioma del mundo. Lo hace sin esfuerzo y capta las regularidades e irregularidades de la lengua incluso aunque los adultos le hablemos muy mal, que es lo que de hecho ocurre. Aprende las estructuras gramaticales y cientos de palabras con enorme rapidez. Tiene un cerebro predispuesto para el lenguaje.

La lengua concreta, sin embargo, se aprende. Existen ventanas de tiempo más allá de las cuales el aprendizaje se hace muy complicado. Es lo que sucede cuando se aprende una segunda lengua de adulto.

Todas las lenguas son equivalentes. Es el llamado principio de efabilidad mediante el cual todo lo que se puede decir en una lengua se puede traducir a otra. Existen, eso sí, lenguas con mayor riqueza de palabras y expresiones que otras dependiendo esencialmente del número de hablantes. Una lengua en un lugar remoto que hablen unos cientos de personas no tiene la riqueza del inglés o español. Y por lo tanto, para traducir una frase a esa lengua se requerirán muchas más palabras que en la original, serán necesarios circunloquios. Imaginemos una lengua cuyos hablantes nunca han visto el mar. Es posible hablarles del mar, aunque serán necesarias largas explicaciones.

El lingüista Noam Chomsky (polémico hombre que se mantiene activo aún) postuló la idea de una gramática universal. Según él, hay una estructura profunda común a todas las lenguas y una estructura superficial particular de cada una. Todas las lenguas tienen, por ejemplo, sujeto, verbo y objeto, aunque su orden varía entre ellas.

En este nuevo estudio se tradujo un texto del inglés a otros seis idiomas: alemán, francés, italiano, español, japonés, y chino mandarín. Se pidió a hablantes nativos que lo hablaran en voz alta y se grabó su discurso. El recuento del número de sílabas, ordenó los idiomas de la siguiente forma: japonés (7,84 sílabas por segundo), español (7,82), francés (7,18), italiano (6,99), inglés (6,19), alemán (5,97) y mandarín (5,18).

Sin embargo, el texto total era leído en el mismo tiempo. La densidad informacional de cada sílaba es inversa a la velocidad. Cuando se dicen muchas sílabas, estas contienen poca información y al revés. Es decir, la tasa de transferencia de información es igual en todos los idiomas, posiblemente adecuada a la capacidad de percepción humana.

Por extrañas, rápidas o complejas que puedan resultar otras lenguas, todas son equivalentes en un amplio conjunto de valores universales. 

Artículo publicado originalmente en ALT1040

La memoria, estructura y funcionamiento (II): Memoria explícita

La memoria explícita o declarativa (por contraposición a la memoria implícita o procedimental) es la que llamamos normalmente memoria. Tiene que ver con lugares, personas y objetos (semántica) y con hechos (episódica). Su invocación es consciente y es fácil de describir con palabras. Es más compleja que la memoria implícita y se da en animales superiores.

H.M.

El conocimiento de la memoria explícita se debe en buena medida al caso del paciente H.M. (Henry Gustav Molaison cuyo auténtico nombre solo fue conocido tras su muerte en 2009) del que se dice que es el paciente mejor estudiado de la historia. Brenda Milner lo trató durante años y su estudio ha sentado las bases para comprender los mecanismos de la memoria explícita.

H.M sufrió una caída mientras montaba en bicicleta a causa de la cual empezó a tener frecuentes ataquesepilépticos que llegaron a un punto en el que no le permitían llevar una vida normal. Los médicos decidieron operarle y extirpar la zona del cerebro que le producían los ataques. La operación fue un éxito en lo relativo a la epilepsia, pero fatal en lo relativo a su memoria. La zona extirpada era el hipocampo y los resultados fueron:

• Mantenía un buen recuerdo del pasado anterior a la operación.
• Mantenía una buena memoria implícita. Es decir, aprendía nuevas destrezas.
• Fue incapaz de generar nuevos recuerdos. Durante años visitó a Brenda Milner y cada día la saluda como si fuera la primera vez que se veían.

Estructura de la memoria explícita

El estudio del caso H.M. ofreció una idea clara de la estructura de la memoria explícita. En ella intervienen tres áreas:

• La corteza prefrontal. En ella reside la memoria de trabajo (working memory). Es donde manipulamos la información que proviene de los sentidos y de la memoria a largo plazo. Tiene que ver con la conciencia, se actualiza constantemente y admite pocos elementos simultáneos.
• El hipocampo (la zona extirpada en H.M.). Permite el paso de la memoria a corto plazo a memoria a largo plazo.
• Las áreas sensitivas y de asociación de la corteza. En ellas se almacenan los recuerdos a largo plazo.

Por lo tanto, no existe un almacén único de la memoria en el cerebro. Está distribuida por el córtex. Las mismas áreas que se emplean para percibir un objeto se usan para recordarlo. Para cada cosa que recordamos hay múltiples representaciones, una por cada modalidad sensorial. De una manzana recordamos (y almacenamos en un área distinta) el olor, el color, la forma, la textura, el sonido que hace al morderla, las situaciones que hemos vivido con manzanas... y finalmente la palabra manzana. Cada una de ellas es capaz de evocar al resto y traer el concepto manzana a la memoria de trabajo para permitirnos ser conscientes de la manzana. Si modificamos algunos de los aspectos o añadimos algún otro, el hipocampo ordena a las áreas involucradas su modificación.

En la memoria hay 4 procesos:

• Codificación (vivir nuevas experiencias, prestarles atención y relacionarlas con otras experiencias)
• Consolidación (paso de memoria a corto plazo a memoria a largo plazo)
• Almacenamiento (mantenimiento de la información almacenada)
• Recuperación (recuerdo de la información almacenada).

La memoria tiene fases. En un principio la información es lábil y es fácil que se pierda. Con el tiempo y el uso se va consolidando. Esto se manifiesta en el caso de la amnesia retrógrada en la que un golpe hace que perdamos memoria hacia atrás desde el momento del golpe y que la recuperemos al revés. Pero por otra parte, los recuerdos más antiguos se van olvidando.

Potenciación a largo plazo LTP

¿Existe algún correlato biológico entre los mecanismos moleculares de la memoria implícita y la memoria explícita? Desde luego la memoria explícita en mamíferos es mucho más compleja que la implícita estudiada en invertebrados. La potenciación a largo plazo viene a responder parcialmente a la búsqueda de los mecanismos biológicos de la memoria explícita.

Sabemos que en la memoria explícita interviene el hipocampo. En 1973 Terje Lømo y Tim Bliss descubrieron que una ráfaga de impulsos en algunas de las células del hipocampo provocaba un reforzamiento de las conexiones sinápticas que duraba desde varias horas hasta más de un día. Llamaron a este fenómeno potenciación a largo plazo y es similar a la facilitación sináptica en la memoria implícita. Posteriores estudios demostraron que tiene una fase precoz (memoria a corto plazo) y una fase tardía (memoria a largo plazo). Al igual que en la memoria implícita, la frase precoz no necesita la síntesis de nuevas proteínas y como en la memoria implícita, la fase tardía implica a los genes y la síntesis de nuevas proteínas.

Parece pues que aunque la memoria implícita y la explícita involucran distintos circuitos neurales, comparten semejantes mecanismos moleculares. La memoria a corto plazo modifica proteínas existentes y la memoria a largo plazo recluta a los genes para generar nuevas proteínas y producir cambios persistentes en la estructura neural.

El gen que facilitó la transición de aletas a patas

Un trabajo liderado por investigadores del Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) demuestra que las aletas de los peces cebra pueden transformarse en estructuras parecidas a las patas de los tetrápodos si se incrementa la actividad de un gen denominado hoxd13. Los resultados, que aparecen publicados en el último número de la revista Developmental Cell, demuestran funcionalmente una teoría clave para entender el paso de los animales acuáticos a los terrestres.

La conquista del medio terrestre fue un hito en la historia evolutiva. En esta transición fue crítica la aparición de estructuras óseas distales que formaron lentamente los dedos y la muñeca en los apéndices precursores de las patas de los tetrápodos.

“Nuestros experimentos demuestran por primera vez que, si aumentamos los niveles del gen hoxd13 en aletas de peces cebra, se incrementa la aparición de tejido óseo de carácter distal similar al que genera los dedos en animales con patas como nosotros”, explica el investigador del CSIC José Luis Gómez-Skarmeta, investigador en el Centro Andaluz de Biología del Desarrollo, un centro mixto del CSIC y la Universidad Pablo Olavide.

Según el investigador del Centro Andaluz de Biología del Desarrollo Fernando Casares, otro de los autores del trabajo, el aumento del tejido óseo distal en las aletas de peces cebra va acompañado de una reducción del tejido que forma los radios. “Este hecho se relaciona con el registro fósil, donde, a medida que aumenta la elaboración distal de la aleta, disminuye el tamaño de los radios”, aclara.

ADN regulador

Los genes Hox, que forman parte de una familia encargada de distinguir las partes del cuerpo durante el periodo embrionario y son esenciales para la formación de los dedos y la muñeca, cuentan con unos niveles de expresión mucho mayores en la zona distal del rudimento embrionario de las patas que en la región de la aleta equivalente.

En los últimos años, varios estudios han comprobado que las grandes cantidades de expresión de los Hox en las patas dependen de elementos de ADN reguladores que actúan conjuntamente potenciando su expresión. “Es muy interesante que algunos de estos elementos reguladores no se encuentren en el genoma de los peces, lo que sugiere que ha sido la aparición de nuevos elementos reguladores lo que ha facilitado alcanzar los niveles de expresión de genes Hox requeridos para la formación de los dedos y la muñeca”, indica Gómez-Skarmeta.

El trabajo liderado por el CSIC demuestra que los peces cebra son también capaces de leer correctamente las instrucciones contenidas en estas regiones reguladoras ausentes de su genoma y específicas de los tetrápodos. “Todos esto datos indican que el ancestro común de los peces y los tetrápodos tenía un genoma preparado para adquirir progresivamente nuevos elementos reguladores que fueron aumentando los niveles de los genes Hox que permitieron el desarrollo de las manos y los pies”, concluye Casares.

La memoria, estructura y funcionamiento (I): Memoria implícita

La memoria es la capacidad para almacenar y recuperar recuerdos y habilidades. Su correlato es el aprendizaje.Según su duración puede dividirse en memoria a corto plazo (minutos a horas) y a largo plazo(horas a días o a toda la vida). La diferencia molecular esencial entre ambas es que en la memoria a corto plazo se modifican proteínas existentes y en la memoria a largo plazo intervienen los genes que codifican nuevas proteínas.

Según sus contenidos la memoria puede dividirse en:

• Memoria implícita o procedimental. Es la relacionada con hábitos o destrezas como montar en bicicleta. Normalmente es inconsciente, es fácil de realizar y difícil de explicar con palabras. Es común a todos los animales.
• Memoria explícita o declarativa. Es la que llamamos normalmente memoria. Tiene que ver con lugares, hechos, personas y objetos. Su invocación es consciente y es fácil de describir con palabras. Es más compleja que la implícita y se da en animales superiores.

Determinados procesos pueden involucrar ambos tipos y se puede ejercer un control consciente de la memoria implícita como cuando aprendemos a realizar una destreza como jugar al tenis.

Memoria implícita

Ivan Paulov descubrió tres tipos de memoria trabajando con perros: la habituación, la sensibilización y el condicionamiento clásico. Por ello recibió el Premio Nobel en 1904. Eric Kadel descubrió los mecanismos celulares, moleculares y genéticos de esas tres formas de memoria trabajando con una babosa marina llamada Aplysia. Por ello recibió el Premio Nobel en 2000.

• Habituación. Cuando un estímulo trivial se presenta repetidamente la respuesta al estímulo se reduce o desaparece. El animal aprende que el estímulo es irrelevante.
• Sensibilización. Cuando un estímulo nocivo se presenta, muchas respuestas no relacionadas con el estímulo se acentúan. Cuando el animal recibe un susto o un golpe, se prepara para la huída y reacciona excesivamente a cualquier otro estímulo.
• Condicionamiento clásico. Cuando un estímulo inocuo (neutro) se presenta aparejado con un estímulo nocivo o beneficioso (estímulo no condicionado) el animal aprende a asociar los dos de modo que el estímulo neutro pasa a ser estímulo condicionado y anticipa la llegada del estímulo no condicionado.

Además de estos tres modelos, Thorndike descubrió el condicionamiento instrumental u operante en virtud del cual se asocian un estímulo, una respuesta y una recompensa. Los cuatro modelos de aprendizaje se han estudiado con extensión en la Psicología del Aprendizaje por el conductismo.

La memoria implícita se encuentra ubicada en los circuitos perceptivos, motores y emocionales.

La biología impone restricciones y facilidades a estos mecanismos. Por un lado no es posible enseñar a una rana a volar. Por el contrario, hay aprendizajes que solo requieren un ensayo (asco de por vida a una comida que ha producido vómitos).

Mecanismos celulares, moleculares y genéticos del aprendizaje implícito.

Segundos mensajeros.

En la célula postsináptica existen dos tipos de receptores.

• Receptor ionotrópico: es un canal que se activa por un neurotransmisor y que permite el paso de iones. Los neurotransmisor más comunes en el cerebro son el excitador glutamato y el depresor GABA. Su duración es de milisegundos.
• Receptor metabotrópico: son activados por un neurotransmidor (serotonina, dopamina...) o una hormona. Activan una sustancia química en el interior de la célula (segundo mensajero), la cual inicia la respuesta global de la célula. La acción de los receptores metabotrópicos suele ser más intensa, más extensa y más persistente que la de los receptores ionotrópicos. Su duración es de segundos o minutos.

En la memoria intervienen los segundos mensajeros que producen una modificación del estado la célula que va desde segundos a toda la vida.

La memoria a corto plazo implícita

Supone una modificación en la eficacia de las sinapsis. En la memoria a corto plazo, los segundos mensajeros modifican proteínas existentes que aumentan o disminuyen la eficacia sináptica. No hay síntesis de nuevas proteínas.

La memoria a largo plazo implícita

Participan muchas de las mismas moléculas que en la memoria a corto plazo.

Algunos de los segundos mensajeros viajan hasta el núcleo celular, activan los genes y producen nuevas proteínas.

La memoria a largo plazo implícita supone creación o eliminación de sinapsis

Esta información está basada en las obras de Eric Kandel En busca de la memoria y Principios de Neurociencia.

IBM simula 500 mil millones de neuronas y 100 billones de sinapsis

En una simulación neuronal sin precedentes, IBM ha logrado simular 500 mil millones de neuronas y 100 billones de sinapsis. Para ello ha utilizado Sequoia, el segundo superordenador más grande del mundo con millón y medio de núcleos. Esto es una proeza computacional, pero tiene poco que ver con la neurociencia. Veamos por qué.

El departamento de Cognitive Computing de IBM en Almaden dirigido por Dharmendra S. Modha lleva unos años realizando asombrosas simulaciones en el contexto del proyecto DARPA SyNAPSE. Como parte de este proyecto, anunció la simulación a la escala del córtex de un ratón, luego de una rata y más tarde de un gato.

El objetivo de este programa es crear un chip neurosináptico que supone una ruptura con la arquitectura tradicional de los ordenadores. Esta arquitectura es la llamada Von Neumann que usan la totalidad de los ordenadores en la actualidad, incluidos móviles y tarjetas. En la arquitectura Von Neumann la memoria está separada del procesador, el hardware del software y los programas están separados de los datos. Ha sido muy exitosa mientras se cumplía la miniaturización de componentes expresada en la ley de Moore: cada dos años se duplica el número de transistores en un espacio dado. El problema es que estamos llegando a los límites del átomo y que la ley dejará de cumplirse.

El chip neurosináptico es una ruptura total con la arquitectura Von Neumann. Se basa en el diseño de las neuronas en las queno hay distinción entre hw y sw, programas y datos, memoria y procesador. El chip consiste en una matriz de neuronas y entre sus cruces se realizan las sinapsis. De este modo, cada sinapsis del chip es hw y sw, proceso y memoria, programa y datos. Dado que todo está distribuido, no es necesaria un miniaturización tan extrema y sobre todo, un reloj tan rápido. Frente a los actuales gigahercios de frecuencia, las neuronas se disparan a un hercio, y en el caso del chip a 8 hercios. Además, los procesadores son clock driven, es decir, actúan bajo la batuta del reloj mientras que las neuronas son event driven, actúan solo si hay actividad que realizar.

Uno de los objetivos es reducir el consumo eléctrico. Un cerebro consume lo que una bombilla pequeña, 20 vatios. Un superordenador consume cientos de megavatios. El nuevo chip tiene un consumo muy reducido. Estos chips están construidos con tecnología de silicio clásica CMOS.

La arquitectura de muchos chips neurosinápticos unidos se ha llamado TrueNorth. Ya existe en desarrollo un chip de 256 neuronas, 1024 axones, y 256×1024 sinapsis.

El chip sin embargo no está en producción masiva. Para seguir trabajando en paralelo al desarrollo, se ha realizado la prueba actual. Para ello se ha usado un simulador llamado Compass. Compass traduce el comportamiento de un chip neurosináptico (no Von Neumann) a un ordenador clásico (Von Neumann). Usando Compass se ha simulado (pdf) el comportamiento de 2.000.000.000 chips. Esto supone 500 mil millones de neuronas y 100 billones de sinapsis, cifras por completo astronómicas. El resultado de la simulación se ha ejecutado 1.542 veces más lento que en tiempo real.

Para realizar la simulación se ha usado el segundo superordenador más grande del mundo, Sequoia un Blue Gene/Q de 96 armarios con 1 millón y medio de núcleos y 1,5 petabytes de memoria. Uno de los objetivos de la simulación es ver el escalado. Un problema habitual es que que cuando añadimos más cores, el sistema no funciona proporcionalmente más rápido. En el extremo, añadir más cores no aumenta el rendimiento: el sistema escala mal. Imagina un camarero atendiendo detrás de la barra. Si hay un segundo camarero, irán más rápido, pero no el doble. Si sigues añadiendo camareros, llegará un momento en que no aumente la eficiencia, incluso se verá reducida. El sistema escala mal. Pues bien, en la simulación realizada el escalado ha sido casi perfecto lo que es muy satisfactorio computacionalmente.

¿Qué tiene esto que ver con la neurociencia y el cerebro? Bien poco. La simulación no imita ningún comportamiento animal ni cognitivo ni humano. Para simular el comportamiento del cerebro, necesitamos saber cómo funciona y eso está lejos de lograrse. Para cuando llegue ese conocimiento debemos tener preparados ordenadores que sean capaces de simularlo y en este contexto se enmarca la presente investigación. Aunque no solo; la idea de diseñar estos nuevos chips es ponerlos en producción en aplicaciones comerciales tradicionales dando una gran potencia con un bajo consumo. La simulación del cerebro deberá esperar aún alguna década.

Artículo publicado originalmente en ALT1040