El cerebro humano puede almacenar 10 veces más información de lo que se pensaba

Nuestros recuerdos y pensamientos surgen de patrones complejos de actividad eléctrica y química en el cerebro. El centro de esta actividad son las sinapsis, las uniones donde se conectan las ramas de las neuronas, similares a los cables eléctricos. Aquí, un axón de una neurona se conecta a una dendrita de otra. En estas sinapsis, los neurotransmisores transportan señales a través del espacio, indicando a la neurona receptora que transmita una señal eléctrica a otra. Sorprendentemente, cada neurona puede formar miles de estas conexiones.

De manera similar a las computadoras, medimos el almacenamiento de memoria del cerebro en «bits», y la cantidad de bits que puede contener depende de la cantidad y la fuerza de sus sinapsis. Vale la pena señalar que los cerebros son analógicos, para que no te hagas una idea equivocada. Los cerebros procesan todo en paralelo, en tiempo continuo en lugar de intervalos discretos, por lo que el «bit» (la unidad más pequeña de datos digitales) en este caso no es una analogía perfecta de cómo se almacena la información en un sistema biológico. Sin embargo, sirve para estimar el procesamiento de la información.

Anteriormente, se pensaba que las sinapsis tenían tamaños y potencias muy limitados. Sin embargo, investigaciones recientes sugieren lo contrario. Según un nuevo estudio, la capacidad del cerebro humano para almacenar información es casi diez veces mayor de lo que se estimaba anteriormente.

Nuevos conocimientos sobre la salud sináptica y el almacenamiento de la memoria

Un equipo de investigadores de la Universidad de California en San Diego y el Instituto Salk han desarrollado un método muy preciso para evaluar la fuerza de las sinapsis en el cerebro de una rata. Estas sinapsis, donde las células cerebrales se comunican y almacenan información, desempeñan un papel fundamental en el aprendizaje y la memoria. Al comprender cómo se fortalecen y debilitan las sinapsis, los científicos han cuantificado con precisión la capacidad de almacenamiento de información de estas conexiones.

En el cerebro humano existen más de 100 billones de sinapsis entre neuronas. Estas sinapsis facilitan la transferencia de información alrededor del cerebro mediante la liberación de mensajeros químicos. A medida que aprendemos, se fortalecen sinapsis específicas, lo que nos permite retener nueva información. Este proceso se conoce como plasticidad sináptica, es esencial para la formación de la memoria y la función cognitiva.

Cuando las neuronas hablan, lo hacen a diferentes volúmenes: algunas neuronas se silban entre sí mientras que otras gritan. La configuración del «volumen» de la sinapsis, o fuerza sináptica, no es estática, sino que puede cambiar tanto a corto como a largo plazo. La plasticidad sináptica se refiere a estos cambios en la fuerza sináptica.

Sin embargo, el envejecimiento y las enfermedades neurológicas como el Alzheimer pueden debilitar las sinapsis, reduciendo nuestra capacidad cognitiva. Por eso estos estudios son importantes: pueden ayudar a los científicos a descubrir nuevas terapias que pueden detener o incluso curar enfermedades neurodegenerativas que actualmente afectan a millones de pacientes en todo el mundo. Sin embargo, medir la fuerza de las sinapsis ha sido tradicionalmente un desafío.

El equipo analizó pares de sinapsis del hipocampo de rata, una región del cerebro vital para el aprendizaje y la memoria. El nuevo método de estudio explota la teoría de la información, que permite a los científicos cuantificar cuánta información pueden almacenar y transmitir las sinapsis. Esto significa que se ha aplicado al cerebro un marco típicamente reservado para las computadoras para estimar el número de bits que las sinapsis pueden contener. Descubrieron que estos pares de sinapsis respondían al mismo tipo y cantidad de señales cerebrales y realizaron un ajuste de la fuerza sináptica.

Potencial actual y futuro

En última instancia, este análisis indicó que las sinapsis del hipocampo pueden almacenar entre 4,1 y 4,6 bits de información. Los científicos pensaron que cada sinapsis podría aguantar un poco. En general, esto significa que el cerebro humano puede almacenar diez veces más información de lo que se pensaba anteriormente, o al menos un petabyte; eso es el equivalente a 500 mil millones de DVD o todas las películas de alta definición jamás realizadas.

Si bien el estudio se centra en una pequeña parte del cerebro de la rata, futuras investigaciones pueden explorar cómo la capacidad de almacenar información varía en diferentes áreas y especies del cerebro. Este método también puede comparar estados cerebrales sanos y enfermos, y ofrecer información sobre las condiciones que afectan las funciones cognitivas.

En 2016, los investigadores de Salk llegaron a las mismas conclusiones. Los nuevos hallazgos sirven para confirmar esta evaluación inicial. Ese día, los investigadores también hicieron otra revelación importante: hay al menos 26 categorías de tamaño de sinapsis, en lugar de solo unas pocas.

Estos hallazgos también proporcionan información sobre la notable eficiencia del cerebro. A pesar de su complejidad, el cerebro adulto en vigilia utiliza sólo unos 20 vatios de energía continua, comparable a una bombilla de luz muy tenue. Estos descubrimientos pueden inspirar a los científicos informáticos a diseñar computadoras altamente precisas pero energéticamente eficientes. Estas innovaciones podrían beneficiar particularmente al «aprendizaje profundo» y a las redes neuronales artificiales, mejorando sus capacidades en áreas como el reconocimiento de voz, la identificación de objetos y la traducción de idiomas.

Los hallazgos aparecieron en la revista. Computación neuronal.