Uno de los grandes esfuerzos de la ciencia moderna es comprender el cerebro. Este órgano, la máquina más compleja que conocemos, es un milagro de la biología evolutiva. Procesa una potente cantidad de información para fijar objetivos, lograr tareas y navegar en entornos complejos, a menudo de maneras que avergüenzan a las supercomputadoras más poderosas del mundo. Sorprendentemente, pesa aproximadamente lo mismo que una bolsa de harina y funciona con poco más que un tazón de avena.

Sin embargo, en el centro de esta asombrosa capacidad hay una paradoja, dicen Jieyu Zheng y Markus Meister del Instituto de Tecnología de California en Pasadena. Los sentidos humanos bombean información al cerebro a una velocidad impresionante y, sin embargo, la información que sale en forma de lenguaje y acciones es mucho más lenta. Es como si al abrir las compuertas de la presa Hoover no se liberara nada más que un hilillo de agua.

¿Por qué? Zheng y Meister analizan esta cuestión y dicen que representa un problema profundo de la neurociencia que está maduro para la investigación experimental. Su llamado a la acción tiene implicaciones importantes para nuestra comprensión del funcionamiento del cerebro, para la naturaleza de las redes neuronales y para aplicaciones prácticas como las tecnologías de asistencia para los ciegos y para las interfaces cerebro-computadora en general, como la tecnología Neuralink de Elon Musk.

Paradoja de la información

Zheng y Meister describieron la naturaleza de la paradoja al analizar trabajos que midieron la velocidad a la que el cerebro recibe y procesa información. Resulta que nuestros sentidos captan enormes cantidades de datos.

Por ejemplo, dicen que los fotorreceptores del ojo convierten la cantidad de luz que reciben en un potencial de membrana que varía continuamente a una velocidad equivalente a unos 270 bits por segundo. Y como un solo ojo contiene unos seis millones de receptores, eso supone una velocidad total de datos de 1,6 gigabits por segundo.

Esta información pasa al sistema nervioso, que funciona de una manera bastante diferente. Las neuronas transmiten información a través de potenciales de acción o picos, cada uno de los cuales lleva 2 bits. Las neuronas se activan a una velocidad de hasta 50 veces por segundo, por lo que pueden alcanzar velocidades de alrededor de 100 bits por segundo.

El nervio óptico contiene alrededor de un millón de neuronas, por lo que el ojo envía información al cerebro a una velocidad de unos 100 megabits por segundo. En otras palabras, el sistema visual ya ha comenzado a comprimir estos datos. “Los circuitos dentro de la retina ya comprimen la señal visual sustancialmente, al menos en un factor de 10”, dicen Zheng y Meister, y agregan que el procesamiento de la corteza visual lleva este proceso aún más lejos.

Esto plantea la interesante pregunta de cuánta compresión se ha producido hasta que esta información alcanza el nivel de percepción. En otras palabras, ¿con qué rapidez pensamos?

Zheng y Meister recurren a diversos experimentos que miden la producción de información del cerebro, que van desde estudios que examinan el procesamiento de datos involucrado en el lenguaje, la mecanografía, los videojuegos, las tareas de memoria, etc.

En todos estos escenarios que implican percepción y acción, el cerebro procesa la información más o menos a la misma velocidad. “Estos estudios abarcan casi un siglo y han llegado a un resultado sorprendentemente concordante: los seres humanos operamos a una velocidad de información de unos 10 bits/s”, afirman.

Se trata de un resultado extraordinario, que implica que la tasa de percepción de datos es minúscula en comparación con la tasa a la que nos encontramos con los datos en el entorno. Zheng y Meister dan el ejemplo de una red WiFi doméstica, que funciona a 100 megabits por segundo para transmitir programas de Netflix, aunque nuestros cerebros nunca absorberán más de 10 bits por segundo de esa transmisión.

La velocidad enormemente limitada a la que absorbemos información tiene importantes implicaciones para la cantidad total que podemos almacenar. Los investigadores señalan que si el cerebro humano absorbe datos a un ritmo de 10 bits por segundo, en 100 años, funcionando las 24 horas del día, no podrá absorber más de unos 4 gigabits.

Por supuesto, el ADN codifica información que determina la estructura y el funcionamiento del cerebro, pero incluso teniendo esto en cuenta, se añade menos de un gigabit más. “Después de incluir la información del genoma, esto todavía cabe cómodamente en el llavero USB que llevamos en el bolsillo”, concluyen.

Los investigadores tienen un mensaje aleccionador para Elon Musk y sus intentos de aumentar el ancho de banda del cerebro creando una conexión directa con el mundo exterior. Señalan que es fácil para las personas imaginar que su monólogo interno es mucho más rico de lo que son capaces de comunicar. Pero esto es una ilusión.

El cerebro percibe el mundo a una velocidad de unos 10 bits por segundo, lo que en teoría permite 2^10 pensamientos posibles por segundo. “Como podríamos realizar cualquiera de las 2^10 acciones o pensamientos posibles en el siguiente segundo, parece como si pudiéramos ejecutarlos todos al mismo tiempo”, afirman Zheng y Meister.

Ilusión de datos

Se trata de una ilusión conocida como inflación subjetiva. En realidad, cada pensamiento se produce en secuencia. “Basándonos en la investigación revisada aquí sobre la velocidad de la cognición humana, predecimos que el cerebro de Musk se comunicará con el ordenador a unos 10 bits/s”, afirman los dos.

Si tienen razón, las implicaciones para las tecnologías de asistencia son claras. Las retinas sintéticas, por ejemplo, intentan bombear información al sistema nervioso a velocidades de gigabits. “Como era de prever, ese enfoque ha sido espectacularmente infructuoso: después de décadas de esfuerzos, todos los pacientes con implantes siguen siendo legalmente ciegos”, afirman Zheng y Meister.

En cambio, un enfoque mejor podría ser introducir información preprocesada en el cerebro a una velocidad que pueda procesar fácilmente, es decir, a unos 10 bits por segundo. Esto podría incluir la identidad y la ubicación de objetos y personas en una escena, de forma que permita la interacción, la evitación de obstáculos, etc. “Esto se puede hacer cómodamente utilizando lenguaje natural: un ordenador traduce la escena visual a voz en tiempo real y se la narra al usuario según sus necesidades”, afirman los investigadores.

Se pueden hacer argumentos similares respecto de las tecnologías destinadas a ayudar a las personas paralizadas o discapacitadas de otro modo.

Se trata de un trabajo importante que los investigadores esperan que sirva de inspiración para una nueva generación de experimentos que permitan caracterizar mejor el funcionamiento del cerebro de esta manera. Y plantea numerosas preguntas apasionantes que aún no han sido respondidas. Por ejemplo, con qué velocidad perciben otras especies, cuál es la mejor manera de aprovechar nuestros nuevos límites en materia de cognición y por qué el cerebro percibe la información de forma secuencial en lugar de hacerlo en paralelo. Como dicen Zheng y Meister: “¿Por qué la cognición se limita a una sola tarea a la vez, en lugar de seguir muchas líneas de trabajo –posiblemente miles o millones– todas en paralelo?”.

Más allá de todo esto, existe un fenómeno que ni siquiera Zheng y Meister se atreven a mencionar: el fenómeno de la conciencia. Este término está tan cargado de controversia que los autores han evitado cuidadosamente mencionarlo. Pero si bien no se puede decir mucho más al respecto, la conciencia es sin duda un fenómeno de información y de la velocidad a la que se procesa.

La paradoja que está en el centro de este artículo –que la experiencia del “ser” es extraordinariamente lenta en comparación con la avalancha de datos que la informa– seguramente ofrece una prometedora vía de exploración para aproximarse a la conciencia.

Ref: La insoportable lentitud del ser : arxiv.org/abs/2408.10234