Para comprender un enunciado, las palabras deben recordarse y combinarse rápidamente en una interpretación. Este proceso de unificación lleva mucho más tiempo que los eventos neurobiológicos básicos, como los picos neuronales o la señalización sináptica.

Según la visión dominante, la información se mantiene mediante una actividad neuronal elevada y sostenida. Por otra parte, se ha argumentado que la facilitación sináptica a corto plazo puede servir como sustrato de la memoria.

Neurociencia computacional

Debido a que actualmente no se cuenta con un entendimiento pleno de cómo la neurobiología respalda los procesos de compresión de enunciados, un equipo de investigadores del Instituto Max Planck de Psicolingüística (IMPP) estudió la memoria operativa en redes de picos a través de un innovador modelo que integró lenguaje experimental y métodos de neurociencia computacional.

En una tarea de comprensión de oraciones, los investigadores expusieron los circuitos de las neuronas biológicas y las sinapsis a una entrada secuencial de lenguaje, y mapearon las relaciones semánticas que caracterizan el significado de un enunciado.

La memoria operativa es la capacidad de mantener y manipular información durante períodos cortos de tiempo y juega un papel crucial en muchos dominios cognitivos.

Por ejemplo, “el gato persigue a un perro” tiene un significado diferente a “el gato es perseguido por un perro”, aunque ambas frases contienen palabras similares. Para derivar el mensaje correcto, explican los autores, las diversas señales de significado deben integrarse en la memoria operativa.

Dentro de neuronas individuales

Los investigadores variaron las características neurobiológicas en redes simuladas computacionalmente y compararon el rendimiento de diferentes versiones del modelo. Esto les permitió identificar cuál de estas características implementaba la capacidad de memoria requerida para la comprensión de oraciones.

El estudio encontró que las características adaptativas de las neuronas individuales proporcionan una memoria lo suficientemente duradera como para apoyar el procesamiento del lenguaje.

Las simulaciones mostraron que la memoria operativa para el procesamiento del lenguaje puede ser proporcionada por la regulación a la baja de la excitabilidad neuronal en respuesta a una entrada externa. A este respecto, el investigador Hartmut Fitz, académico en el Departamento de Neurobiología del Lenguaje del IMPP y autor principal del estudio, explicó:

“Esto sugiere que la memoria operativa podría residir dentro de neuronas individuales, lo que contrasta con otras teorías en las que la memoria se debe a cambios sinápticos a corto plazo o surge de la conectividad de la red y la retroalimentación excitadora”.

El modelo desarrollado mostró que esta memoria neuronal es sensible al contexto y al orden en serie, lo que la hace adecuada para la integración temporal en el procesamiento de secuencias dentro del dominio del lenguaje. Además, el modelo pudo establecer relaciones vinculantes entre palabras y roles semánticos con alta precisión.

Sobre la base de estos resultados, los investigadores plantearon que la plasticidad neuronal intrínseca puede proporcionar un mecanismo celular para la memoria operativa en escalas de tiempo cortas donde la información se almacena y mantiene en procesos fisiológicos que regulan la excitabilidad neuronal en función de la experiencia.

Referencia: Neuronal spike-rate adaptation supports working memory in language processing. PNAS, 2020. https://doi.org/10.1073/pnas.2000222117