¿La neurona Jennifer Aniston? Un estudio respalda la existencia de neuronas "conceptuales"
19 de junio de 2020 | Historia original de la Universidad Lobachevsky
Científicos de la Universidad Lobachevsky junto con un grupo de colegas extranjeros, corroboraron teóricamente por primera vez, la existencia de células conceptuales. Estas son neuronas individuales, y cada una de ellas es responsable de su propio concepto abstracto, como la nota musical “A”. Los investigadores han demostrado cómo funcionan estas células utilizando como ejemplo, la Novena Sinfonía de Beethoven.
La prueba de la existencia de tales células desmiente el consenso generalizado de que la aparición de conceptos abstractos en el cerebro humano se produce únicamente a través de la activación de grandes complejos neuronales. Este nuevo hallazgo también puede desempeñar un papel muy importante en el desarrollo de redes neuronales artificiales.
Valery Makarov, jefe del proyecto subsidiado por la Russian Science Foundation(RSF), Investigador Senior del Departamento de Investigación Fundamental y Aplicada del Centro de Tecnologías Traslacionales, explica que el cerebro de cualquier ser vivo es un órgano muy complejo.
“Un papel clave en el cerebro es desempeñado por las neuronas, las células del sistema nervioso que son responsables de recibir, procesar, almacenar y transmitir señales. Actualmente,en la cienciaprevalece una opinión común. Se sostiene que la aparición de conceptos abstractos en el cerebro humano requiere una interacción compleja y perfectamente orquestada de innumerables neuronas. Sin embargo, existe una hipótesis que sugiere que las neuronas aisladas, las llamadas células conceptuales, pueden ser responsables de tareas complejas realizadas por los seres humanos. Estas son neuronas individuales que forman conceptos abstractos basados en estímulos específicos a los que responden, por ejemplo, al nombre de un ser humano. Así, se descubrió la neurona ‘Jennifer Aniston’, que disparaba cada vez que el retrato de la actriz aparecía en la pantalla”. Tales neuronas, que responden ante la presentación de algunas imágenes, recibieron la denominación de“células abuelas”, comenta Makarov.
Los investigadores sugirieron que las células conceptuales también pueden desempeñar un papel importante en la memoria episódica. Su existencia pone en tela de juicio la hipótesis común de que los procesos cognitivos complejos requieren una interacción perfectamente organizada de múltiples neuronas.
El equipo produjo un modelo imitando el trabajo de las neuronas del hipocampo. Esta es la parte del cerebro responsable, en particular, de la memoria y la orientación en el espacio.
“Utilizando cálculos matemáticos, hemos identificado tres principios fundamentales que proporcionan altas capacidades cognitivas de las células individuales. En primer lugar, es una jerarquía estricta de capas neuronales. Investigamos los vínculos entre las capas selectivas y conceptuales de las neuronas. La primera aísla las señales, mientras que la segunda las procesa y las vincula con conceptos abstractos. En segundo lugar, hemos prestado atención a los vínculos de una neurona a nivel conceptual con muchas neuronas receptoras. En tercer lugar, hemos descubierto que la plasticidad sináptica, es decir, el cambio de fuerza de transferencia de información entre las neuronas desempeña un papel importante. Estos principios teóricos permiten que las células de la capa conceptual aprendan y aumenten significativamente sus capacidades cognitivas, como resultado de lo cual se convierten en células conceptuales”, explicó Makarov.
Los autores del estudio utilizaron notas musicales para ilustrar la posibilidad de tal tipo de aprendizaje. Formaron una red neuronal que comprende 3200 células a nivel selectivo y 1600 células a nivel conceptual. Las células fueron expuestas a ocho ondas sonoras diferentes, cada una de ellas con ocho cambios de fase, es decir, oscilaciones. Las neuronas percibieron estas oscilaciones como señales separadas, por lo que había alrededor de 50 neuronas de nivel de recepción por una señal. Inicialmente podían percibir una amplia gama de señales aleatorias, pero después de entrenar, su campo de acción se volvió más estrecho y especializado. Un experimento con la Novena Sinfonía de Beethoven demostró que la recepción de neuronas capturó ondas sonoras individuales, y a nivel conceptual las células procesaron la información recibida y determinaron qué nota se tocaba, actuando como células conceptuales.
“Las redes neuronales artificiales modernas imitan la estructura de los sistemas biológicos. Como resultado, ya son superiores a los seres humanos en el reconocimiento de patrones, pero todavía se quedan rezagadas en habilidades cognitivas. Por lo tanto, para dar nuevos pasos en este campo, necesitamos nuevos conocimientos biofísicos sobre cómo el cerebro entiende la información. El descubrimiento de células conceptuales, cuya existencia ahora puede ser justificada por tres principios fundamentales, es de gran importancia para la neurobiología y la teoría de las redes neuronales”, comentó Makarov.
Este artículo ha sido reeditado para adecuar su longitud y contenido.
Referencia: Tapia et al. (2020). Universal principles justify the existence of concept cells. Scientific Reports. DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-020-64466-7
