El cerebro es una maravilla de eficiencia, perfeccionado durante miles de años de evolución para que pueda adaptarse y prosperar en un mundo que cambia rápidamente. Sin embargo, a pesar de décadas de investigación, el misterio de cómo el cerebro logra esto sigue siendo difícil de alcanzar.
Nuestro nueva investigación, publicada en la revista Celúlarevela cómo las neuronas (las células responsables de los recuerdos, pensamientos y emociones de la infancia) coordinan su actividad.
Es un poco como trabajar en una empresa de alto rendimiento. Equilibrar las habilidades individuales con el trabajo en equipo es clave para el éxito, pero ¿cómo se logra el equilibrio?
Resulta que el secreto del cerebro es sorprendentemente simple: dedicar no más de la mitad (y no menos del 40 por ciento) del esfuerzo de cada célula a tareas individuales.
¿A dónde va el resto del esfuerzo? Hacia un trabajo en equipo escalable.
Y aquí está el truco: encontramos exactamente la misma estructura organizativa en los cerebros de cinco especies, desde moscas de la fruta y nematodos hasta peces cebra, ratones y monos.
Estas especies provienen de diferentes ramas del árbol de la vida que están separadas por más de una mil millones de años de evoluciónlo que sugiere que es posible que hayamos descubierto un principio fundamental para el procesamiento optimizado de la información. También ofrece poderosas lecciones para cualquier sistema complejo actual.
El punto medio crítico
Nuestro descubrimiento aborda un problema de larga data debate sobre el cerebro: ¿las neuronas actúan como jugadores estrella (cada uno altamente especializado y eficiente) o priorizan trabajo en equipo (asegurando que todo el sistema funcione incluso cuando algunos elementos fallan)?
Responder a esta pregunta ha sido un desafío. Hasta hace poco, las herramientas de la neurociencia se limitaban a registrar la actividad de unas pocas células o de varios millones.
Sería como intentar comprender una empresa enorme entrevistando a un puñado de empleados o recibiendo únicamente resúmenes de alto nivel de los departamentos. Faltaba un punto medio crítico.
Sin embargo, con los avances en imágenes de calcioahora podemos registrar señales de decenas de miles de células simultáneamente. Las imágenes de calcio son un método que nos permite observar la actividad neuronal en tiempo real mediante el uso de sensores fluorescentes que se iluminan según los niveles de calcio en la célula.
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Al aplicar conocimientos adquiridos en mi formación en física para analizar conjuntos de datos a gran escala, descubrimos que la actividad cerebral se desarrolla según un jerarquía fractal.
Las células trabajan juntas para construir redes coordinadas más grandes, creando una organización en la que cada escala refleja las de arriba y las de abajo.
Esta estructura respondió al debate: el cerebro en realidad no ambos.
Equilibra la individualidad y el trabajo en equipo, y lo hace de forma inteligente. Aproximadamente la mitad del esfuerzo se destina al desempeño «personal», ya que las neuronas colaboran dentro de redes cada vez más grandes.
El cerebro puede adaptarse rápidamente al cambio.
Para comprobar si la estructura del cerebro tenía ventajas únicas, realizamos simulaciones computacionales que revelaron que esta jerarquía fractal optimiza el flujo de información a través del cerebro.
Permite al cerebro hacer algo crucial: adaptarse al cambio. Garantiza que el cerebro funcione de manera eficiente, realizando tareas con recursos mínimos y al mismo tiempo se mantenga resistente al mantener la función incluso cuando las neuronas fallan.
Ya sea que esté navegando por un terreno desconocido o reaccionando ante una amenaza repentina, su cerebro procesa y actúa rápidamente sobre la nueva información. Las neuronas ajustan continuamente su coordinación, manteniendo el cerebro lo suficientemente estable para pensar profundamente, pero lo suficientemente ágil para responder a nuevos desafíos.
La organización multiescala que encontramos permite diferentes estrategias – o «códigos neuronales» – para funcionar en diferentes escalas.
Por ejemplo, descubrimos que el movimiento del pez cebra depende de que muchas neuronas trabajen al unísono. Este diseño resistente garantiza que la natación continúe sin problemas, incluso en entornos que cambian rápidamente.
Por el contrario, la visión del ratón se adapta a escala celular, permitiendo la precisión necesaria para extraer detalles finos de una escena. Aquí, si algunas neuronas pierden información clave, toda la percepción puede cambiar, como cuando una ilusión óptica engaña al cerebro.
Nuestros hallazgos revelan que esta coordinación fractal de la actividad neuronal se produce a lo largo de un vasto período evolutivo: desde los vertebrados, cuyo último ancestro común vivió hace 450 millones de años, hasta los invertebrados, que se remontan a mil millones de años.
Esto sugiere que los cerebros han evolucionado para equilibrar la eficiencia con la resiliencia, lo que permite un procesamiento optimizado de la información y la adaptabilidad a nuevas demandas de comportamiento. La persistencia evolutiva da a entender que hemos descubierto un principio de diseño fundamental.
¿Un principio fundamental?
Son tiempos emocionantes, en los que la física y la neurociencia continúan interactuando para descubrir las leyes universales del cerebro, elaboradas a lo largo de eones de selección natural. Se necesitarán trabajos futuros para ver cómo estos principios podrían funcionar en el cerebro humano.
Nuestros hallazgos también apuntan a algo más grande: esta simple regla de enfoque individual y trabajo en equipo escalable podría no ser solo una solución para el cerebro.
Cuando los elementos se organizan en redes escalonadas, los recursos se pueden compartir de manera eficiente y el sistema se vuelve robusto contra las interrupciones.
Las mejores empresas operan de la misma manera: cuando surge un nuevo desafío, las personas pueden reaccionar sin esperar instrucciones de su gerente, lo que les permite resolver el problema sin dejar de recibir rápidamente el apoyo de la organización.
Puede ser un principio universal para lograr resiliencia y eficiencia en sistemas complejos.
Aparece leyenda del baloncesto. michael jordán Tenía razón cuando decía: «el talento gana partidos, pero el trabajo en equipo y la inteligencia ganan campeonatos».
Brandon Robert MunnInvestigador postdoctoral, Universidad de Sídney
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