Neuronas humanas: pequeños ordenadores por dentro

El secreto del pensamiento humano parece estar en el contenido de las neuronas, no en su cantidad. Un estudio reciente, publicado en Proceedings of the National Academy of Sciences, sostiene que las células individuales del cerebro humano tienen una capacidad de cálculo con la que las ratas ni sueñan. Los científicos modelaron el funcionamiento de estas células mediante inteligencia artificial y descubrieron que nuestras neuronas no son simples ramificaciones biológicas, sino auténticos pequeños ordenadores.

El cerebro está formado por miles de millones de neuronas que se comunican mediante señales eléctricas. La mayor parte de capacidades como el habla y la resolución de problemas dependen de la corteza cerebral, su capa externa, caracterizada por sus pliegues. En esa corteza mandan las células piramidales: son tan grandes y ramificadas que es fácil perderse en ellas. Se parecen a conos, y todo lo que entra se transmite a través de las dendritas, unas largas «escobillas» que recogen señales por todo el perímetro. Si hay suficientes señales, la célula lanza una descarga eléctrica a lo largo de la cadena: esta sencilla química es la base de nuestros pensamientos.

Una diferencia sorprendente: las neuronas piramidales humanas son más grandes y ramificadas que las de las ratas, pero nadie entendía del todo si ese tamaño influía en la «inteligencia» real de la célula. Un equipo de investigadores de la Universidad Hebrea de Jerusalén y la Universidad Libre de Ámsterdam decidió averiguarlo. Crearon una medida llamada «Índice de complejidad funcional». Cuanto más compleja es una célula, más difícil resulta entrenar una red neuronal artificial para reproducir su comportamiento.

Para comprobarlo, los científicos digitalizaron 24 células piramidales (12 humanas y 12 de rata), simularon cada una durante 12.000 rondas con distintas señales y obligaron a una red artificial a adivinar cuándo «dispararía» la célula. En todos los parámetros, las neuronas humanas resultaron más complejas que las de rata: a la red le costó más predecir su respuesta.

La que lidera en complejidad no es simplemente la que tiene más ramificaciones, sino la que las tiene más largas y ramificadas, sobre todo si dispone de una mayor superficie de dendritas. Eso permite que distintas partes de la célula procesen señales en su propia «zona de juegos», por así decirlo, en paralelo.

Los científicos prestaron especial atención a los receptores NMDA, proteínas especiales situadas en los extremos de las ramificaciones que amplifican la señal cuando coinciden las ondas. Los modelos mostraron que estos receptores potenciados, característicos de los humanos, aumentan aún más la complejidad del procesamiento de señales.

También resultó interesante cómo se distribuye la complejidad entre las capas de la corteza. En las ratas, las neuronas más complejas se encontraban en la quinta capa; en los humanos, en la segunda y la tercera. Estas capas están especialmente desarrolladas en las personas, quizá gracias a la evolución del cerebro.

Hay algunos matices. Todo el estudio se realizó con modelos; nadie sometió a células humanas vivas a pruebas de laboratorio. No se pudieron tener en cuenta algunas propiedades (como los canales iónicos activos), lo que da buenos motivos para el escepticismo. Además, el resultado depende de la arquitectura de red artificial elegida.

Y esto no acaba aquí: a los científicos les interesa estudiar las espinas dendríticas (pequeñas protuberancias en las dendritas) y probar su índice con otras células y en primates. Cuando sea posible investigar células humanas reales, las comparaciones serán más precisas.

Autores del estudio: Ido Aizenbud, Daniela Yoeli, David Beniaguev, Christiaan P. J. de Kock, Michael London e Idan Segev.