conectividad cerebral

Cuatro mapas viejos dormían en cajones distintos. En cada uno había marcados genes relacionados con el envejecimiento celular, pero los mapas no coincidían: nombres diferentes, escalas diferentes, leyendas diferentes. El científico que buscaba un gen para su experimento tenía que cotejarlos a mano, con el riesgo de pasar por alto una marca importante.

El cerebro se parece a una ciudad donde cada célula es un habitante y su destino depende de sus vecinos. Antes se pensaba que el envejecimiento de cada célula era un asunto personal: se acumulan daños en el ADN, así que la célula se desgasta por sí sola. Pero un nuevo estudio muestra que incluso la capacidad de una célula para reparar su propio ADN depende de quién vive a su lado.

El bosque envejece de maneras distintas. En un lugar los árboles se van raleando poco a poco, como si se hubieran cansado de crecer, mientras que en otro se aferran tenazmente a la vida y gastan sus fuerzas en reparar las ramas dañadas. Algo parecido ocurre con el envejecimiento de la corteza cerebral cuando se la observa a través del prisma de miles de imágenes de resonancia magnética.

Un trío de jazz toca en la penumbra de un club. El pianista lleva la melodía, el contrabajista marca el ritmo y el baterista despliega redobles. Si escuchamos solo a los músicos por parejas, podemos percibir cómo el pianista se adapta al bajo o el bajo a la batería.

En la década de 1980, la competencia de reconocimiento de voz de DARPA puso fin al debate entre métodos estadísticos y reglas escritas a mano, estableciendo un estándar unificado para todo el campo.

Imagina una gran orquesta sin director. Cada músico escucha a todos los demás y se ajusta al murmullo general. Si cada instrumento amplifica a sus vecinos, el sonido crece hasta el chirrido; si a veces lo atenúa, la orquesta puede quedarse en silencio o desembocar en cacofonía.

En 2023, en Bélgica, 101 personas de entre 50 y 69 años pasaron varios días en un laboratorio donde les escanearon el cerebro, les registraron el sueño y les pidieron resolver tareas de memoria y atención. Así nació el conjunto de datos COFITAGE, en el que cada participante queda descrito desde cinco ángulos: molecular, estructural, fisiológico, genético y cognitivo.

El cerebro es como una casa construida con demasiado espacio: vivir en ella es agradable, pero mantenerla cuesta caro. Solemos imaginar el Parkinson como la destrucción de esa casa, con neuronas que mueren y estructuras que se encogen.

Un viejo atlas de carreteras descansa sobre la mesa. En sus páginas, las líneas unen ciudades, y el grosor de cada línea indica cuán intenso era el tráfico. Una red neuronal mira ese mapa y dice la edad del coche que circuló por él. Algo parecido es el modelo que se entrenó para predecir la edad de una persona a partir del mapa de conexiones de su cerebro.

El epitelio recubre nuestros órganos como las baldosas recubren el suelo. En reposo, las células se aferran unas a otras y el tejido es elástico. Pero durante el desarrollo del embrión, la cicatrización de una herida o el crecimiento de un tumor, esta capa comienza a fluir como miel espesa. ¿Qué es lo que desencadena ese ablandamiento?

Un estadio repleto de espectadores escucha por primera vez la voz del comentarista y, al instante, todo el estadio se pone en movimiento. El mensaje suena una y otra vez. Solo un puñado de personas en las filas cercanas reacciona. Algo similar ocurre con las redes neuronales en los organoides cerebrales, versiones en miniatura del cerebro cultivadas en laboratorio.

El agua dentro de las fibras nerviosas no se mueve como en un vaso: choca constantemente contra las paredes de los axones (las prolongaciones largas de las células nerviosas).

Una neurona recibe miles de señales en sus prolongaciones ramificadas: las dendritas. Algunas señales empujan a la célula a disparar (excitación), otras la frenan (inhibición). Durante mucho tiempo se creyó que la neurona simplemente sumaba todos los "a favor" y "en contra".

Una ciudad de noche: en algunas ventanas la luz está encendida, en otras está oscuro. Si se unen con líneas las ventanas que se iluminan al mismo tiempo, se obtiene una red de conexiones. Los investigadores estudiaron esa red en diminutos organoides cerebrales: agrupaciones vivas de células nerviosas cultivadas en laboratorio.

El cerebro de quien medita es una orquesta, y la atención es el director. Cuando te concentras en la respiración, todos los instrumentos tocan en armonía. Pero de repente, un pensamiento-violonchelo da una nota falsa: eso es la divagación mental. El director experimentado no entra en pánico: capta al instante la disonancia y devuelve suavemente a la orquesta a la melodía principal: la respiración.

Un árbol genealógico se convierte en un enredo si se tienen en cuenta los hijos adoptivos y los segundos matrimonios. La evolución a menudo se parece a ese enredo: aunque el modelo estándar —la representación tradicional de la evolución divergente, donde las especies se ramifican como un árbol— dibuja un árbol de especies ordenado, en realidad los genes no solo se…

El dibujo helado en el cristal de la ventana no se extiende de manera uniforme: brota en ramas, conquista nuevas zonas, a veces dejando huecos atrás. Este crecimiento no es una expansión suave, sino una serie de tirones. Esta imagen resuena de forma asombrosa con el modelo matemático ideado por Charles Loewner hace un siglo.

¿Por qué algunos sistemas —desde las redes genéticas hasta el transporte aéreo— conservan las huellas del pasado más tiempo que otros? Durante mucho tiempo, la ciencia de redes culpó a la topología: número de conexiones, modularidad, espectro. Pero dos redes con el mismo esqueleto pueden recordar y olvidar de manera completamente diferente.

El cerebro no aprende cada tarea desde cero: transfiere experiencia de una actividad a otra. Pero, ¿cómo saber qué tareas son realmente afines? Los neurocientíficos idearon un truco ingenioso: dejar que una red artificial "espíe" la actividad cerebral durante una tarea e intente predecir la actividad durante otra. Si lo logra bien, las tareas son cercanas.

Una colcha de retazos donde cada retazo es un registro de la actividad de una pequeña región del cerebro. Un retazo se cosió el lunes en Londres, otro el martes en Nueva York, y un tercero hace un mes en Tokio. Todo este mosaico cubre el cerebro solo parcialmente, y no hay una costura común para unirlos.

El ensamblaje del sistema nervioso se parece a la construcción de una ciudad, donde cada casa nueva —una neurona— debe conectarse a tiempo a las carreteras de las sinapsis. En el gusano diminuto C.

Una neurona se parece a un circuito eléctrico con pilas y resistencias variables. El papel de las resistencias lo desempeñan los canales iónicos —poros proteicos en la membrana que se abren y se cierran, dejando pasar partículas cargadas.

Una red neuronal, como una hoja de papel cuadriculado, recibe señales homogéneas en su entrada y, por sí misma, traza una cuadrícula de coordenadas. Primero, las conexiones entre las entradas y las células de la red se asemejan a una colina suave: en el centro la respuesta es más fuerte y hacia los bordes se atenúa.

Le cuentas una historia a un amigo y su cerebro parece sintonizarse con tu onda: las mismas áreas se activan al compás de tus palabras.

Cuando el director abandona la orquesta, los músicos aún tocan un rato de memoria. Pero sin un ritmo común, cada uno empieza a acelerarse o frenarse por su cuenta, y la sinfonía coordinada se convierte en un ruido disperso. Algo parecido, según el nuevo estudio, hacen el cerebro y el corazón en las últimas horas de vida de una persona.

Una partícula cuántica, al recorrer un anillo cerrado, deja dos «registros» diferentes en su camino. El primero es como una huella dactilar en la manija de una puerta: permanece inalterada por más que gires la manija, y solo habla de la forma y el material.

Los ingenieros construyen un automóvil. Unos ensamblan una réplica exacta del motor, con cada pistón y cada bujía, pero el coche no avanza: le faltan el volante y las ruedas. Otros crean un kart rápido y autónomo, pero su motor de plastilina no se parece al real. Algo parecido ocurre en la ciencia del cerebro.

Un artista pinta un cuadro mientras observa al espectador en la sala. Si el espectador sonríe, el artista añade más rojo y líneas redondeadas al lienzo; si frunce el ceño, elimina el azul y quiebra los ángulos.

El cerebro se parece a una ciudad: los barrios son las regiones cerebrales y las carreteras son las vías nerviosas, y cada carretera tiene su propia intensidad de tráfico. En cada persona, esta red de transporte es única, como las huellas dactilares. ¿Qué construye las rutas: los planos establecidos desde el nacimiento o los viajes cotidianos que abren nuevos senderos?

El cerebro constantemente hace malabares con tareas: a veces reacciona a un sonido agudo, a veces resuelve una ecuación, a veces se sumerge en ensoñaciones. Los científicos sospechaban desde hace tiempo que detrás de esto hay cambios entre diferentes "guiones" de trabajo de las redes neuronales, pero era difícil extraerlos del caos de señales eléctricas.

El cerebro está organizado como un edificio de varias plantas: los pisos inferiores procesan señales simples, mientras que los superiores las integran en imágenes complejas. Los científicos sospechan desde hace tiempo que este orden está relacionado con la forma en que las neuronas trabajan juntas. Pero cómo exactamente seguía siendo un misterio.

Dentro de cada neurona hay un canal largo y delgado: el axón, por el que la señal viaja desde el cuerpo de la célula hasta otras células. Para que el canal funcione, las mitocondrias, unos orgánulos diminutos que producen energía, circulan constantemente por él. Se mueven en ambas direcciones, como coches en una carretera estrecha.

El envejecimiento del cerebro se parece al desgaste de un puente: las grietas aparecen sin que nos demos cuenta, pero si se refuerzan los pilares a tiempo, la estructura dura más. Esos pilares resultaron ser tres cosas cotidianas: la fuerza del apretón de manos, la capacidad de moverse durante mucho tiempo sin quedarse sin aliento y la capacidad pulmonar.

Dos corredores en la misma pista. Uno sale desde la mitad del recorrido, el otro desde el inicio. ¿Quién llega antes? La respuesta es obvia, pero en la neurociencia este truco pasó desapercibido durante mucho tiempo.

Los microscopios modernos ven el cerebro con un detalle asombroso: no solo las sinapsis en sí, los puntos de contacto entre neuronas, sino también las moléculas que las componen. Cada vez hay más imágenes de este tipo y su costo disminuye.

Una neurona en el cerebro se parece a una persona que reparte sus tarjetas de visita en una conferencia abarrotada. Al principio conoce gente fácilmente, pero a medida que se llena la agenda, cada nuevo contacto requiere más esfuerzo: queda poco espacio libre.

El cerebro en reposo no calla: sus regiones conversan entre sí, y esas charlas pueden escucharse con un tomógrafo. Normalmente, los científicos siguen la fuerza de la señal, es decir, cuán fuerte "suena" cada zona. Pero la conversación también tiene ritmo: unas regiones se encienden a la vez, otras con retraso.

Las neuronas del cerebro y los nodos de las redes neuronales artificiales no solo manejan «sí» y «no» individuales, sino también magnitudes que varían suavemente: dónde exactamente se encuentra un objeto, qué tamaño tiene. Pero la respuesta neuronal es algo caprichoso: el mismo estímulo provoca ráfagas de actividad ligeramente diferentes de una vez a otra.

En el cerebro de un ratón hay unos 70 millones de neuronas, y sus conexiones están lejos de repartirse por igual: algunas células apenas tienen un par de decenas de contactos, otras miles. Es como una ciudad con callejones tranquilos y plazas abarrotadas. Pero hasta ahora no estaba claro cómo afecta esa heterogeneidad al funcionamiento del cerebro.

El cerebro se parece a una gran ciudad: los distritos (las regiones) se comunican entre sí a través de calles (las vías nerviosas). Si los semáforos de un cruce se estropean, el tráfico se detiene. Lo mismo ocurre en el cerebro: si los haces de fibras nerviosas (la sustancia blanca) funcionan mal, las regiones distantes dejan de actuar de manera coordinada y el pensamiento se atasca.