Cómo se procesa la información en el cerebro humano para que esto sea posible es una pregunta que ha generado una fascinación infinita, pero que no tiene respuestas definitivas.
Nuestra comprensión de la función cerebral ha cambiado a lo largo de los años. Pero los modelos teóricos actuales describen el cerebro como un «sistema de procesamiento de información distribuido».
Esto significa que tiene distintos componentes, que están estrechamente interconectados a través del cableado del cerebro. Para interactuar entre sí, las regiones intercambian información a través de un sistema de señales de entrada y salida.
Sin embargo, esto es solo una pequeña parte de un panorama más complejo. En un estudio publicado en Nature Neuroscience, usando evidencia de diferentes especies y múltiples disciplinas neurocientíficas, mostramos que no hay un solo tipo de procesamiento de información en el cerebro.
La forma en que se procesa la información también difiere entre los humanos y otros primates, lo que puede explicar por qué las capacidades cognitivas de nuestra especie son tan superiores.
Tomamos prestados conceptos de lo que se conoce como el marco matemático de la teoría de la información, el estudio de la medición, el almacenamiento y la comunicación de información digital que es crucial para tecnologías como internet y la inteligencia artificial, para rastrear cómo el cerebro procesa la información.
Encontramos que las diferentes regiones del cerebro, de hecho, usan diferentes estrategias para interactuar entre sí.
Estrategias varias
Algunas regiones del cerebro intercambian información con otras de una manera muy estereotipada, utilizando entradas y salidas. Esto asegura que las señales se transmitan de manera reproducible y confiable. Este es el caso de las áreas que están especializadas en funciones sensoriales y motoras (como el procesamiento de información sonora, visual y de movimiento).
El cerebro humano es extremadamente complejo.
Piensa en los ojos, por ejemplo, que envían señales a la parte posterior del cerebro para su procesamiento. La mayoría de la información que se envía está duplicada, siendo proporcionada por cada ojo.
La mitad de esta información, en otras palabras, no es necesaria. Así que llamamos a este tipo de procesamiento de información de entrada-salida «redundante».
Pero la redundancia proporciona solidez y fiabilidad: es lo que nos permite seguir viendo con un solo ojo. Esta capacidad es esencial para la supervivencia. De hecho, es tan crucial que las conexiones entre estas regiones del cerebro estén anatómicamente conectadas en el cerebro, un poco como un teléfono fijo.
Sin embargo, no toda la información proporcionada por los ojos es redundante. La combinación de información de ambos ojos finalmente permite que el cerebro procese la profundidad y la distancia entre los objetos. Esta es la base para muchos tipos de anteojos 3D en el cine.
Este es un ejemplo de una forma fundamentalmente diferente de procesar la información, de una manera que es mayor que la suma de sus partes. Llamamos a este tipo de procesamiento de información, cuando se integran señales complejas de diferentes redes cerebrales, «sinérgico».
Procesamiento sinérgico
El procesamiento sinérgico es más frecuente en las regiones del cerebro que dan soporte a una amplia gama de funciones cognitivas más complejas, como la atención, el aprendizaje, la memoria de trabajo, la cognición social y numérica.
No está cableado, en el sentido de que puede cambiar en respuesta a nuestras experiencias, conectando diferentes redes de diferentes maneras. Esto facilita la combinación de información.
El procesamiento sinérgico es más frecuente en las regiones del cerebro que dan soporte a una amplia gama de funciones cognitivas más complejas, como por ejemplo el aprendizaje.
Tales áreas donde se produce mucha sinergia, principalmente en la parte frontal y media de la corteza (la capa externa del cerebro), integran diferentes fuentes de información de todo el cerebro. Por lo tanto, están más amplia y eficientemente conectadas con el resto del cerebro que las regiones que se ocupan de la información sensorial primaria y relacionada con el movimiento.
Las áreas de alta sinergia que dan soporte a la integración de la información también suelen tener muchas sinapsis, las conexiones microscópicas que permiten que las células nerviosas se comuniquen.
¿Es la sinergia lo que nos hace especiales?
Queríamos saber si esta capacidad de acumular y generar información a través de redes complejas en el cerebro es diferente entre los humanos y otros primates, que son parientes cercanos de los nuestros en términos evolutivos.
Para averiguarlo, observamos datos de imágenes cerebrales y análisis genéticos de diferentes especies. Descubrimos que las interacciones sinérgicas representan una mayor proporción del flujo de información total en el cerebro humano que en los cerebros de los monos macacos.
Por el contrario, los cerebros de ambas especies son iguales en términos de cuánto dependen de la información redundante.
Sin embargo, también observamos específicamente la corteza prefrontal, un área en la parte frontal del cerebro que respalda un funcionamiento cognitivo más avanzado. En los macacos, el procesamiento de información redundante es más frecuente en esta región, mientras que en los humanos es un área de gran sinergia.
La corteza prefrontal también ha experimentado una expansión significativa con la evolución. Cuando examinamos los datos de los cerebros de los chimpancés, descubrimos que cuanto más se había expandido una región del cerebro humano durante la evolución en tamaño en relación con su contraparte en el chimpancé, más dependía esta región de la sinergia.
También estudiamos análisis genéticos de donantes humanos. Esto mostró que las regiones del cerebro asociadas con el procesamiento de información sinérgica tienen más probabilidades de expresar genes que son exclusivamente humanos y están relacionados con el desarrollo y la función del cerebro, como la inteligencia.
Esto nos llevó a la conclusión de que el tejido cerebral humano adicional, adquirido como resultado de la evolución, puede dedicarse principalmente a la sinergia.
El tejido cerebral humano adicional, adquirido como resultado de la evolución, puede dedicarse principalmente a la sinergia.
A su vez, es tentador especular que las ventajas de una mayor sinergia pueden, en parte, explicar las capacidades cognitivas adicionales de nuestra especie.
La sinergia puede agregar una pieza importante al rompecabezas de la evolución del cerebro humano, que antes faltaba.
En última instancia, nuestro trabajo revela cómo el cerebro humano navega entre la confiabilidad y la integración de la información: necesitamos ambas.
Es importante destacar que el marco que desarrollamos promete nuevos conocimientos críticos sobre una amplia gama de preguntas neurocientíficas, desde las relacionadas con la cognición general hasta los trastornos.