¿Cómo reordena tu mente tus pendientes? ¿Qué tan similar nuestro cerebro resuelve tareas como una computadora?

Imagina que planeas tus recados y organizar mentalmente tus tareas, y de repente, debido a un cambio en el horario de recogida o a un retraso inesperado, necesitas cambiar toda la secuencia. ¿Cómo se ajusta tu cerebro y reprograma el orden de las tareas para lograr hacer todo de forma eficiente?

Cerebro con representaciones de redes neuronales

John von Neumann dudaba que los procesos lógicos del cerebro fueran comparables a los de las computadoras, mientras que Alan Turing imaginaba las computadoras como imitaciones del cerebro. Décadas de investigación después, el reto central sigue siendo: ¿Cómo descompone el cerebro programas complejos en pasos neuronales distintos o bloques constructivos dentro de la memoria de trabajo? ¿Es este proceso similar a una computación, o trasciende ese marco?

Para responder a estas preguntas, investigadores chinos, liderados por el doctor Liping Wang, entrenaron a dos macacos en una tarea de memoria visual. Los animales debían recordar, organizar y decir el orden en que aparecían unos puntos en una pantalla. Mientras los macacos hacían la tarea, se registraba la actividad de 4,191 neuronas en su cerebro. Los animales miraban al centro de la pantalla mientras tres puntos aparecían uno tras otro, elegidos al azar entre seis ubicaciones en forma de hexágono. Los macacos tenían que retener esta secuencia en su memoria por entre 500 y 700 milisegundos hasta que una señal les indicaba si debían conservar el mismo orden o invertirlo.

Esta tarea permitió a los investigadores examinar cómo las neuronas de la corteza frontal contribuyen a dos tipos de memoria de trabajo: pasiva (mantener la secuencia original) y activa (manipular la secuencia). Los hallazgos revelaron conocimientos clave sobre los mecanismos neuronales subyacentes al procesamiento de secuencias espaciales.

Utilizando un modelo computacional, los investigadores descubrieron que la población neuronal en la corteza frontal codificaba tanto la posición como el orden de los objetos en la secuencia. La actividad neuronal incluso formó un patrón hexagonal, reflejando la disposición espacial presentada a los macacos. Cuando los animales tenían que decidir si mantener o invertir la secuencia, se preparaban dos representaciones neuronales distintas de la secuencia espacial para realizar el ordenamiento mental. Pero, ¿cómo realiza exactamente el cerebro el “intercambio” de secuencias?

Piénsalo como si cambiaras el contenido de dos vasos: uno lleno de leche y el otro de agua. Para intercambiarlos, primero necesitas verter cada líquido en un recipiente temporal antes de transferirlos al vaso opuesto. Esta operación, aunque simple, requiere procesamiento en paralelo, tal como ocurre en las neuronas de la corteza frontal durante el ordenamiento mental.

Los investigadores encontraron que subpoblaciones específicas de neuronas se activaban brevemente tras la señal de la regla para intercambiar el orden de la secuencia, de forma similar a como los líquidos residen temporalmente en contenedores. Curiosamente, incluso durante ensayos erróneos, estos estados neuronales transitorios aparecían, demostrando el papel crítico de la corteza frontal en la programación mental.

Además, el estudio reveló que los subespacios temporales para el intercambio mental y aquellos para la memoria de trabajo involucran subpoblaciones distintas de neuronas, cada una desempeñando funciones especializadas. Estos hallazgos sugieren que diferentes circuitos neuronales son responsables de almacenar y manipular información, proporcionando una base a nivel de neurona para separar estas tareas cognitivas.

Los investigadores concluyen que la capacidad del cerebro para gestionar asociaciones abstractas entre diferentes señales y procesos de ordenamiento mental puede descomponerse en componentes clave: señales de regla, memoria temporal para el intercambio y subespacios de memoria de trabajo basados en el rango. Este sistema de organización mental muestra cómo la corteza frontal orquesta tareas cognitivas complejas al coordinar múltiples procesos neuronales.

Los hallazgos del estudio ofrecen una explicación potencial de cómo el cerebro transfiere información entre espacios neuronales, respondiendo al escepticismo de John von Neumann al ilustrar cómo el cerebro maneja cálculos en paralelo que se integran en procesos seriales, creando un sistema eficiente de programación mental.

¿Crees que nuestro cerebro se comporta como una computadora o es aún mas complejo?

Referencias:

Sprevak, Mark, 'Turing’s model of the mind', The Turing Guide (Oxford, 2017; online edn, Oxford Academic, 12 Nov. 2020)

J. von Neumann, R. Kurzweil, The Computer and the Brain

(Yale Univ. Press, 2012).

Tian, Z., Chen, J., Zhang, C., Min, B., Xu, B., & Wang, L. (2024). Mental programming of spatial sequences in working memory in the macaque frontal cortex. Science (New York, N.Y.), 385(6716), eadp6091. https://doi.org/10.1126/science.adp6091

Palabras Clave

1. Corteza frontal – Parte del cerebro ubicada detrás de la frente, responsable de la toma de decisiones, la memoria y la planificación.

2. Neuronas – Células del cerebro que transmiten y reciben señales eléctricas.

3. Memoria de trabajo – Sistema de memoria a corto plazo que permite mantener y manipular información por un tiempo breve.

4. Modelo computacional – Simulación hecha en computadora para entender cómo funciona el cerebro.

5. Actividad neuronal – Señales eléctricas generadas por las neuronas cuando están activas.

6. Secuencia espacial – Orden específico de elementos según su ubicación en el espacio.

7. Procesamiento paralelo – Capacidad del cerebro para realizar varias tareas mentales al mismo tiempo.

8. Subpoblaciones de neuronas – Pequeños grupos de neuronas que trabajan juntas para funciones específicas.

9. Mecanismos neuronales – Procesos y estructuras cerebrales que permiten pensamientos y acciones.

10. Señal de regla – Indicación que le dice al cerebro qué regla seguir (por ejemplo, invertir el orden).

11. Estados neuronales transitorios – Cambios breves en la actividad del cerebro.

12. Espacios/subespacios neuronales – Áreas o patrones de actividad cerebral donde se guarda o procesa información.

13. Procesos en serie – Acciones o pensamientos que ocurren paso a paso, en orden.