Juego de bloques para las neuronas: por qué nuestro cerebro se niega a recordar todo sin filtro

En la Universidad de Brown han descubierto una causa inesperada de la limitación de nuestra memoria operativa. Un estudio publicado en la revista eLife ha demostrado que el principal obstáculo no radica en la capacidad de almacenamiento de información, sino en la manera en que el sistema nervioso aprende a gestionar simultáneamente varios fragmentos de datos.

La memoria de trabajo actúa como una especie de buffer del sistema nervioso central. A diferencia de la memoria a largo plazo, donde la información permanece durante años, este mecanismo retiene los datos solo por unos segundos o minutos. Gracias a este sistema, podemos recordar una lista de compras mientras recorremos el supermercado o marcar un número de teléfono inmediatamente después de escucharlo.

Para comprender los principios de la memoria a corto plazo, el profesor de ciencias cognitivas y psicológicas Michael Frank, junto con la estudiante de posgrado Aneri Soni, recrearon un modelo computacional de redes neuronales. Simularon la actividad de las células de la corteza prefrontal, la región responsable de las funciones cognitivas superiores. El modelo también tenía en cuenta cómo interactúan las distintas áreas del cerebro a través de una compleja red de conexiones neuronales.

Los resultados de la simulación sorprendieron al equipo de investigación. Soni explica: cuando el sistema nervioso debe retener demasiados elementos inconexos al mismo tiempo, pierde la capacidad de vincularlos correctamente entre sí. Las redes neuronales dejan de gestionar la carga de información y los datos se distorsionan. Es un fenómeno similar al malabarismo: un artista puede manejar fácilmente varias pelotas, pero cada nuevo objeto complica exponencialmente la tarea hasta volverla imposible.

Sin embargo, la naturaleza ha encontrado una solución elegante: nuestro sistema nervioso ha aprendido a agrupar la información. Funciona como empacar pequeños objetos en una caja más grande: en lugar de rastrear diez elementos individuales, manejamos un solo conjunto. A nivel cerebral ocurre lo mismo: los fragmentos de información relacionados se combinan en un solo bloque, formando un patrón de actividad neuronal.

Al memorizar un número de teléfono, los grupos de neuronas en la corteza prefrontal se activan de una manera específica y crean un patrón estable para cada conjunto de datos. Al sistema le resulta más fácil formar dos patrones de activación (555-1234) que almacenar siete dígitos separados (5-5-5-1-2-3-4), lo que reduce significativamente la carga sobre la red neuronal.

Este principio se confirmó experimentalmente por primera vez en 2018, cuando los equipos de Frank y del neurocientífico Matt Nassar unieron esfuerzos. Ahora, los científicos han reproducido el experimento en un entorno virtual. En la pantalla del modelo computacional aparecían bloques de colores orientados en distintas direcciones. Cada figura activaba un grupo específico de células virtuales, de manera análoga a como nuestro cerebro procesa la información visual. Tras varios intentos, el programa aprendió a agrupar los colores similares en patrones comunes, optimizando el uso de recursos.

Un elemento clave en este proceso es la dopamina, un neurotransmisor especial que facilita la transmisión de señales entre las células nerviosas. Al liberarse en el espacio sináptico –el diminuto intervalo entre las neuronas–, esta sustancia actúa como un sistema de recompensa, reforzando los algoritmos exitosos de procesamiento de datos. En el modelo virtual, el sistema dopaminérgico intensificaba las conexiones entre células cuando la agrupación mejoraba la calidad de la memoria.

Los investigadores decidieron ir más allá y analizaron los efectos de las disfunciones en el sistema dopaminérgico. Modificaron los parámetros del modelo para reflejar las condiciones cerebrales en diversas patologías. En la enfermedad de Parkinson, por ejemplo, ocurre la muerte de células especializadas en la sustancia negra, lo que provoca no solo trastornos motores, sino también déficits cognitivos. En los pacientes con TDAH, el mecanismo de liberación del neurotransmisor funciona de manera deficiente, mientras que en la esquizofrenia, una concentración excesiva de dopamina provoca una activación caótica de las conexiones neuronales.

"Cuando simulamos fallos en la transmisión dopaminérgica, el mecanismo de agrupación de información comenzó a colapsar", explica Soni. "Las redes neuronales dejaron de formar patrones de activación estables, lo que impactó negativamente en la eficacia de la memoria". Es posible que esta sea la clave para entender por qué las personas con diversos trastornos neurológicos suelen presentar dificultades con la memoria operativa.

Frank destaca especialmente la importancia clínica del descubrimiento: "En los pacientes con Parkinson, los problemas motores son tan evidentes que eclipsan el déficit cognitivo. La terapia estándar se centra en estimular la corteza prefrontal, que regula las funciones ejecutivas. Sin embargo, nuestros datos sugieren que es crucial evaluar la eficacia de fármacos dirigidos a los ganglios basales y al tálamo, estructuras esenciales para el funcionamiento del sistema dopaminérgico".

Los ganglios basales son grupos de materia gris situados en las profundidades del cerebro y desempeñan un papel clave en el desarrollo de habilidades motoras y cognitivas. El tálamo, por su parte, actúa como un centro de conmutación, dirigiendo y redistribuyendo señales entre distintas regiones del sistema nervioso. Juntas, estas estructuras forman una red compleja que coordina los procesos de aprendizaje y fijación de información.

Un conocimiento más profundo de los mecanismos de codificación neuronal y agrupación de datos podría conducir al desarrollo de tratamientos farmacológicos más efectivos y de nuevas metodologías para la rehabilitación cognitiva.