La asombrosa complejidad del cerebro humano

Mientras la Vía Lactea tiene más estrellas que neuronas tiene el cerebro, las muchas conexiones e interacciones en el cerebro lo vuelven probablemente más complejo.

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El cerebro humano ha sido descrito como la estructura más compleja conocida en el universo (Dolan, 2007). Los números son realmente asombrosos: métodos de investigación ingeniosos que examinaron las casi 1,000 regiones cerebrales y extrapolaron la densidad esperada de muestras pequeñas, estimaron el número total de células nerviosas, (o neuronas) en el cerebro en 86 mil millones (Azevedo et al., 2009).

Números asombrosos

Además de esto, hay otros 85 mil millones de células que cumplen diversas funciones en el cerebro. Aún más increíble es que cada una de estas neuronas en promedio se conecta a miles de otras neuronas, lo que resulta en un estimado de 100 billones de conexiones (Caruso, 2023; Zimmer, 2011).

Estas conexiones permiten que las señales viajen entre las neuronas y pueden funcionar como puertas lógicas, lo que le da una potencia de cálculo de un exaflop, es decir, un quintillón de operaciones matemáticas por segundo (Madhavan, 2023), es decir, mil millones de veces mil millones o 1 seguido de 18 ceros.

Y hace todo esto de una manera increíblemente eficiente, utilizando solo 20 vatios de potencia. En comparación, una de las supercomputadoras más avanzadas del mundo requiere un millón de veces más de potencia (20 megavatios) para alcanzar una capacidad de computación similar (Madhavan, 2023).

Se estima que la longitud total de esta compleja red de fibra es de alrededor de 500,000 km o más de 310,000 millas de largo (Science Daily, 2017). Las señales dentro de esta red pueden alcanzar velocidades de viaje de 431 kmh o 268 mph (Ross, 2011). Tal complejidad tiene un costo biológico: A pesar de que solo representa alrededor del 2 por ciento de la masa corporal, el cerebro consume alrededor del 20 por ciento de la energía total del cuerpo (Herculano-Houzel, 2012).

¿Es realmente lo más complejo?

Un mito muy extendido es que hay más neuronas en el cerebro que estrellas en la Vía Láctea. Esto no es realmente cierto: Hay alrededor de 200 a 400 mil millones de estrellas en nuestra galaxia y los 100 mil millones de neuronas comúnmente citadas en el cerebro es probablemente una sobreestimación (Stoke y Boytek , 2013). Una cifra más precisa es de alrededor de 86 mil millones (Azevedo et al ., 2009).

Entonces, ¿es realmente la estructura más compleja que conocemos? Muchos expertos todavía parecen creerlo, desde el físico Michio Kaku (2014), quien describió el kilo y medio en nuestra cabeza como el objeto más complejo del sistema solar (pp. 2-3), hasta el neurocientífico Christof Koch (2013), el psiquiatra Sir Robing Murray (2012) y el neurobiólogo Gerald Fischbach (1992), quienes lo describieron como la estructura más compleja del universo conocido. Esto se debe a que la complejidad es mucho mayor que el número de células en sí mismas: Las muchas conexiones complejas y la miríada de interacciones le dan al cerebro no solo complejidad estructural, sino que lo convierten en un todo intrincadamente funcional.

Si bien las estrellas y las galaxias interactúan, no pueden competir con la complicada interacción, señalización y computación que se produce entre las neuronas.

Es difícil para nosotros captar números muy grandes, como el número de neuronas o conexiones en el cerebro. Otra forma de resaltar la complejidad del cerebro es a través de algo con que estamos más familiarizados como el dinero, el tiempo y las personas.

Mapeando el cerebro

El Human Brain Project fue uno de los mayores esfuerzos de investigación que jamás haya realizado la Unión Europea: tuvo un presupuesto de 600 millones de euros, funcionó durante 10 años e involucró a 500 científicos de diferentes instituciones (Naddaf, 2023). El objetivo era mapear y luego simular todo el cerebro humano.

Aunque el proyecto logró crear mapas 3D de alrededor de 200 estructuras cerebrales, esto representa solo una fracción del objetivo inicial (Naddaf, 2023). Del mismo modo, el proyecto US BRAIN, anunciado por el presidente Obama en 2013 con un financiamiento inicial de 100 millones, aún está en curso, pero tuvo que reducir su objetivo inicial de mapear todo el cerebro humano a nivel de neuronas individuales (Mullin, 2023).

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Los críticos han señalado problemas en la gestión de estos proyectos (Mullin, 2023; Naddaf, 2023), pero una razón clave del aparente fracaso es la complejidad subyacente del cerebro mismo.

Cientos de millones de dólares y más de una década de investigación por parte de científicos líderes no han podido describir completamente la estructura del cerebro. Y comprender la estructura del cerebro es mucho más simple que comprender su funcionamiento. Un destacado neurocientífico apostó en 1998 a que los mecanismos neuronales de la conciencia se descubrirían en 25 años. Recientemente concedió su apuesta perdida (Lenharo, 2023).

Misterios restantes

A pesar del tremendo progreso que se ha logrado en la comprensión del cerebro, su asombrosa complejidad significa que todavía estamos muy lejos de comprender completamente su estructura e incluso más lejos de comprender completamente la forma en que funciona. Muchas culturas antiguas veían el corazón como el asiento del pensamiento, la emoción y la voluntad, y tenían poca consideración por el cerebro.

En el antiguo Egipto, por ejemplo, el cerebro se descartaba durante el proceso de momificación, mientras que el corazón se conservaba cuidadosamente (ver Conceptos antiguos de la mente, el cerebro (y el alma), Pang, 2023a). Ahora sabemos que el cerebro está vinculado a nuestros pensamientos, emociones y experiencias.

La evidencia de esto incluye que el daño al cerebro impacta esos procesos (Vaidya et al., 2019), que estos procesos son congruentes con la actividad eléctrica medida en el cerebro, así como con las imágenes tomadas (por ejemplo, a través de imágenes de resonancia magnética funcional o fMRI; DeSouza et al., 2012), y que las drogas psicoactivas que se dirigen al cerebro pueden influir en estas funciones (Buxton et al., 2008).

Hay más evidencia de la psicología del desarrollo y de los experimentos de estimulación cerebral. A pesar del tremendo progreso que se ha logrado en neurociencia, psicología y neurología, muchos aspectos del cerebro siguen siendo misteriosos. El filósofo australiano David Chalmers (1995) sugirió que, si bien la neurociencia probablemente podrá responder a la mayoría de las preguntas convencionales (o lo que él denominó "fáciles") sobre el cerebro, el difícil problema de por qué los impulsos eléctricos en el cerebro conducen a la experiencia consciente puede no resolverse (ver Las muchas dimensiones de la conciencia; Pang, 2023b, 2023c).

Conclusión

Nuestros cerebros son asombrosamente intrincados y han sido descritos como las estructuras más complejas del universo conocido. A pesar de los tremendos avances en neurociencia, muchos aspectos del cerebro siguen siendo misteriosos. Podría decirse que el mayor misterio y el problema más difícil de resolver es comprender cómo la actividad neuronal da lugar a experiencias conscientes.