Está claro que, cuando hablamos de máquinas complejas, ni aún la más avanzada de la actualidad es capaz de competir con la funcionalidad y potencia de la maquinaria del cerebro –humano o animal. Esta compleja red de neuronas, a pesar de no usar el total de sus capacidades, sí se encuentra constantemente al máximo de su rendimiento en el área que se mantiene activa.

Durante años, la ciencia –y específicamente, la física– ha propuesto una teoría que busca explicar la forma en la que, una máquina como el cerebro, logra funcionar constantemente al máximo de sus capacidades. Después de todo, toda máquina necesita un “sistema de enfriamiento” o de regulación que permita a esta funcionar sin que se sobrecaliente y comience a fallar.

La Teoría de la criticidad, finalmente comprobada

El nombre de la teoría propuesta por la física y largamente puesta en duda por la neurociencia es Teoría de la criticidad o Hipótesis de la criticidad. Con ella, se estipula que el cerebro se mantiene constantemente en equilibrio sobre una fina línea divisoria entre el caos y la dominancia.

Según esta teoría, de un lado se encuentra el rendimiento máximo de las neuronas y el mayor estado de excitación del cerebro; y, del otro, se ubica el caos o la tendencia al error y al desorden. Para poder funcionar, la mente debe mantenerse sobre la línea para aprovechar el máximo de sus capacidades sin perder el control.

Para poder comprobar esto, el líder del estudio, Keith Hengen, de la Universidad Washington en Saint Luis, utilizó los datos neuronales recaudados de ratones en libertad de movimiento de la Universidad Brandeis. Gracias a ellos, fue posible finalmente dar una prueba física y contundente de la existencia de la teoría.

En consecuencia, ya se ha podido detectar que esta, en efecto, puede verse como un marcador de un funcionamiento neuronal sano. Es decir, allí donde esté presente la criticidad, estará en funcionamiento un sistema al máximo de su desempeño sin posibilidad de fallas.

Se trata, en efecto, de un delicado equilibrio

Cuando decimos que la criticidad se trata de una fina línea, lo decimos en serio. A pesar de que se trata del “punto de equilibrio” del cerebro donde se obtiene el mejor desempeño, es necesario decir que se trata de un estado bastante inestable.

Lo que lo ha comprobado han sido los nuevos experimentos realizados nuevamente a través de los cerebros de los ratones. Hengen –en su propio laboratorio recién construido– ha logrado hacer grandes avances con respecto a la Teoría de la criticidad gracias a su mejorado método.

Aumentando el panorama se consiguen mejores resultados

Mientras que la mayoría de los laboratorios de investigación neuronal solo cuentan con 30 minutos o 1 hora de grabación, el de Hengen es capaz de registrar los datos neuronales de los ratones por un total de 9 días. Este aumento tan exponencial en la capacidad de recolectar datos ha generado grandes cambios. Ahora, Hengen se ha dedicado a estudiar los efectos de cambios en la recepción de estímulos y cómo estos afectan al cerebro en el tiempo, así como a la criticidad del mismo.

Para ello, se dedicó a notar los cambios neuronales que implicaría inhibir la vista de uno de los ojos de los ratones. Inmediatamente, fue claro que el equilibrio de la criticidad se rompía cuando el animal no obtenía la información que esperaba a través de su ojo. Con este detalle, el científico, y el resto de su equipo, pudieron notar otro detalle importante de esta teoría.

La criticidad se volvió a hacer presente en el cerebro 24 horas después de la inhibición inicial. Esto, como si el cerebro se acostumbrara a la nueva condición y, por ende, se ajustara a ello. En pocas palabras, pudieron notar que la criticidad se desarrolla a través del uso de inhibidores que –de no encontrar qué regular– pueden descontrolar el sistema. En estos casos, para recuperar el equilibrio, estas neuronas deben ser “desactivadas”. 

Este conocimiento podría impulsar el desarrollo de nuevos enfoques en la medicina

Partiendo de la tesis de que la criticidad es la marca de un proceso neuronal sano, entonces podemos saber que la falta de ella o sus fallas pueden estar relacionadas con problemas cognitivos. Al entenderla mejor, tal vez, sería posible tratar con condiciones como el autismo, la esquizofrenia, el Alzheimer, la epilepsia y el síndrome Rett, entre otras.

De ser así, podrían crearse nuevos tratamientos que permitieran “inducir” la criticidad para recuperar el equilibrio. Sin embargo, los estudios apenas comienzan. Por ahora, nos toca seguir reuniendo más conocimiento sobre esta área antes de comenzar a pensar en ponerla en práctica.

Referencia:

Cortical Circuit Dynamics Are Homeostatically Tuned to Criticality In Vivo: https://doi.org/10.1016/j.neuron.2019.08.031