domingo, 14 de julio de 2019

La memoria humana: cómo generamos, recuperamos y olvidamos los recuerdos.



La memoria humana se distribuye en muchas partes del cerebro a la vez, y algunos tipos de recuerdos permanecen más tiempo que otros.






Desde el momento en que nacemos, nuestros cerebros son bombardeados por una inmensa cantidad de información sobre nosotros mismos y el mundo que nos rodea. Y, ¿cómo mantenemos todo lo que hemos aprendido y experimentado? Recuerdos.

Los seres humanos retienen diferentes tipos de recuerdos por diferentes períodos de tiempo. Las memorias a corto plazo duran de segundos a horas, mientras que las memorias a largo plazo duran años. También tenemos una memoria de trabajo, que nos permite tener algo en nuestras mentes por un tiempo limitado mientras lo repetimos. Cada vez que se repite un número de teléfono para recordarlo, se está utilizando la memoria de trabajo.

Otra forma de categorizar los recuerdos es mediante el tema de la memoria misma, y ​​si se es consciente de ello. La memoria declarativa, también llamada memoria explícita, consiste en el tipo de recuerdos que se experimenta conscientemente. Algunos de estos recuerdos son hechos o "conocimiento común": cosas como la capital de Francia, o el número de cartas en una baraja. Otros consisten en eventos pasados ​​que hemos experimentado, como un cumpleaños.

La memoria no declarativa, también llamada memoria implícita, se acumula inconscientemente. Esto incluye memorias procedimentales, que nuestro cuerpo utiliza para recordar las habilidades que se han aprendido. ¿Tocas un instrumento o andas en bicicleta? Esos son recuerdos procedimentales en funcionamiento. Los recuerdos no declarativos también pueden dar forma a las respuestas irreflexivas del cuerpo, como salivar a la vista de la comida favorita o tensarse cuando se ve algo que se teme.

En general, las memorias declarativas son más fáciles de formar que las memorias no declarativas. Se necesita menos tiempo para memorizar la capital de un país que para aprender a tocar el violín. Pero los recuerdos no declarativos se quedan más fácilmente. Una vez que has aprendido a andar en bicicleta, es probable que nunca lo olvides.


Los tipos de amnesia.


Para entender cómo recordamos las cosas, es increíblemente útil estudiar cómo olvidamos, razón por la cual los neurocientíficos estudian la amnesia, la pérdida de recuerdos o la capacidad de aprender. La amnesia suele ser el resultado de algún tipo de trauma cerebral, como una lesión en la cabeza, un derrame cerebral, un tumor cerebral o un alcoholismo crónico.

Hay dos tipos principales de amnesia. La primera, la amnesia retrógrada, ocurre cuando olvidas cosas que sabías antes del trauma cerebral. La amnesia anterógrada es cuando el trauma cerebral restringe o detiene la capacidad de alguien para formar nuevos recuerdos.

El estudio de caso más famoso de la amnesia anterógrada es Henry Molaison, a quien en 1953 le extirparon partes de su cerebro como tratamiento de último recurso para las convulsiones graves. Mientras Molaison, conocido cuando estaba vivo como H.M., recordó gran parte de su infancia, no pudo formar nuevos recuerdos declarativos. Las personas que trabajaron con él durante décadas tuvieron que volver a presentarse con cada visita.

Al estudiar a personas como H.M., así como a animales con diferentes tipos de daño cerebral, los científicos pueden rastrear dónde y cómo se forman los diferentes tipos de recuerdos en el cerebro. Parece que las memorias a corto y largo plazo no se forman exactamente de la misma manera, ni las memorias declarativas y las procedimentales.

No hay un solo lugar dentro del cerebro que contenga todos los recuerdos; diferentes áreas del cerebro forman y almacenan diferentes tipos de recuerdos, y diferentes procesos pueden estar en juego para cada uno. Por ejemplo, las respuestas emocionales, como el miedo, residen en una región del cerebro llamada amígdala. Los recuerdos de las habilidades que se han aprendido están asociados con una región diferente llamada estriado. Una región llamada hipocampo es crucial para formar, retener y recordar memorias declarativas. Los lóbulos temporales, las regiones del cerebro que en H.M. faltaban parcialmente, juegan un papel crucial en la formación y la recuperación de los recuerdos.


Cómo se generan, almacenan y se recuperan los recuerdos


Desde la década de 1940, los científicos han conjeturado que los recuerdos se guardan dentro de grupos de neuronas o células nerviosas, llamadas ensamblajes celulares. Esas células interconectadas se disparan como un grupo en respuesta a un estímulo específico, ya sea la cara de un amigo o el olor a pan recién horneado. Cuanto más se activan las neuronas, más se fortalecen las interconexiones de las células. De esa manera, cuando un estímulo futuro active las neuronas, es más probable que se active todo el conjunto. La actividad colectiva de los nervios transcribe lo que experimentamos como un recuerdo. Los científicos todavía están trabajando en los detalles de cómo funciona.

Para que una memoria a corto plazo se convierta en una memoria a largo plazo, esta debe fortalecerse para el almacenamiento a largo plazo, un proceso llamado consolidación de memoria. Se piensa que la consolidación tiene lugar por varios procesos. Uno, llamado potenciación a largo plazo, consiste en que los nervios individuales se modifican para crecer y comunicar con  los nervios vecinos de manera diferente. Esa remodelación altera las conexiones de los nervios a largo plazo, lo que estabiliza la memoria. Todos los animales que tienen recuerdos a largo plazo utilizan esta misma maquinaria celular básica; los científicos elaboraron los detalles de la potenciación a largo plazo estudiando las babosas marinas de California. Sin embargo, no todas las memorias a largo plazo tienen que comenzar necesariamente como memorias a corto plazo.


Cuando recuperamos un recuerdo, muchas partes de nuestro cerebro se comunican rápidamente entre sí, incluidas las regiones de la corteza cerebral que procesan información de alto nivel, las regiones que manejan las entradas en bruto de nuestros sentidos y una región llamada lóbulo temporal medio que parece ayudar a coordinar el proceso. Un estudio reciente encontró que en el momento en que los pacientes recuperaban los recuerdos recién formados, las ondas de la actividad nerviosa en el lóbulo temporal medio se sincronizaban con las ondas en la corteza cerebral.

Muchos misterios de la memoria permanecen. ¿Con qué precisión se codifican los recuerdos dentro de grupos de neuronas? ¿Cuán ampliamente distribuidas en el cerebro están las células que codifican una memoria dada? ¿Cómo corresponde nuestra actividad cerebral a cómo experimentamos los recuerdos? Estas áreas activas de investigación pueden proporcionar algún día una nueva perspectiva sobre la función cerebral y cómo tratar las afecciones relacionadas con la memoria.

Por ejemplo, trabajos recientes han demostrado que algunos recuerdos deben ser "reconsolidados" cada vez que se recuperan. Si es así, el hecho de recordar algo hace que ese recuerdo sea temporalmente maleable, lo que permite fortalecerlo, debilitarlo o modificarlo de otro modo. Los recuerdos pueden ser más fácilmente alterados con medicamentos durante la reconsolidación, lo que podría ayudar a tratar afecciones como el trastorno por estrés postraumático o TEPT.

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lunes, 1 de julio de 2019

Reconocimiento visual, casi fractal….casi…..


Una imagen vale más que mil palabras y el cerebro necesita miles de millones de neuronas para procesarla. ¿Por qué necesitamos tantas neuronas? Para averiguarlo, investigadores del Janelia Research Campus han grabado miles de ellas en la corteza visual del ratón. Aquí hay algunos datos.


Una razón para tener tantas neuronas puede ser que cada una tenga diferentes tareas:
La neurona A reconoce la agudeza de las orejas de un zorro,
La neurona B reconoce el color del pelaje del zorro.
La neurona C reconoce una nariz de zorro,
Etc.



Cuando una cantidad suficiente de estas neuronas se activan, el cerebro en su conjunto puede reconocer a un zorro.



¿Qué sucede si algunas neuronas se “duermen” en el trabajo y no responden a la imagen? En realidad, esto sucede muy a menudo, y sin embargo, el cerebro es notablemente robusto a estos fallos.

Incluso si el 90% de las neuronas no hacen su trabajo, todavía podemos reconocer al zorro. Incluso si cambiamos aleatoriamente el 90% de los píxeles, todavía podemos reconocer al zorro. El cerebro es robusto a muchas manipulaciones como esa.




Las redes neuronales artificiales también usan millones de neuronas para reconocer imágenes.



A diferencia de los cerebros, las máquinas no son tan robustas para pequeñas aberraciones. Aquí está nuestro zorro y, junto a él, el mismo zorro muy ligeramente modificado, ¡y ahora la máquina cree que es un pez globo!



Estas se llaman "imágenes adversas", porque las inventamos para engañar a la máquina. ¿Cómo se protege el cerebro contra estas perturbaciones y otras?

Una protección podría ser hacer muchas copias ligeramente diferentes de las neuronas que representan a los zorros. Incluso si algunas neuronas se duermen en el trabajo, sus copias podrían activarse. Sin embargo, si el cerebro utilizara tantas neuronas para cada imagen, ¡nos quedaríamos rápidamente sin neuronas!

Esto resulta en una presión evolutiva: es bueno que muchas neuronas realicen trabajos muy diferentes para que podamos reconocer muchos objetos en las imágenes, pero también es bueno si comparten algunas responsabilidades, para que puedan recuperarse cuando sea necesario.

Al investigar las principales dimensiones de la variación en las respuestas de 10,000 neuronas, los científicos encontraron ciertas evidencias en este sentido. A continuación, cada columna es la respuesta de una neurona a varias de nuestras imágenes.



Las dos dimensiones más grandes se distribuyeron ámpliamente en todas las neuronas, como se ve a continuación. Cualquier neurona podría contribuir  y recuperar la función  si las otras neuronas no respondieran.



Las siguientes 8 dimensiones, cada una de ellas, eran más pequeñas y se distribuían de forma mas dispersa entre las neuronas. Si una neurona estuviera dormida, aún sería probable que algunas otras pudieran representar estas dimensiones en su lugar.



Las siguientes 30 dimensiones revelaron una estructura cada vez más compleja ...



Y también lo hicieron las siguientes 160 dimensiones ...



Y así sucesivamente, esto continuó, con la N-ésima dimensión aproximadamente N veces más pequeña que la dimensión más grande.

Esta distribución de actividad se denomina “ley potencial” .







Sin embargo, esto no era solo una ley potencial, tenía un exponente especial de aproximadamente uno. Los investigadores hicieron algunos cálculos y demostraron que una ley potencial con este exponente debe ser fractal en el límite.







Un fractal es un objeto matemático que tiene una estructura en diferentes escalas espaciales, como el conjunto de Mandelbrot a continuación:





Este video a continuación con la técnica “Inceptionism” es también una especie de fractal




La actividad neuronal que nos permite visualizar nuestro mundo estaba enormemente cerca de ser un fractal, y apenas la evitaba porque su exponente era 1.04, ligeramente mayor de 1. Un exponente de 1.04 es el punto clave: lo más dimensional posible sin llegar a ser un fractal.

Y no ser fractal implica que las respuestas neuronales sean continuas y suaves, que es la clave  que permite a las neuronas  no confundir a un zorro con un pez globo.



Todos los datos neuronales están disponibles aquí: