Per què el teu cervell mai està quiet: deriva representacional i aprenentatge estadístic

Imagineu-vos que sentiu una cançó que us va agradar fa anys. La mateixa onada de sentiments torna, com si no hagués passat temps des de la primera vegada que aquelles notes us impacten. És temptador creure que aquesta reacció està gravada al cervell, tan immutable com la pedra. Durant dècades, aquesta va ser la història tranquil·litzadora de la neurociència: un cop après, es pensava que un record estava perfectament al seu lloc, bloquejat en un circuit neuronal fix; una biblioteca ordenada de patrons, silenciosa fins que s'evocava.

La veritat, però, és molt menys ordenada.

In Opinió actual en neurobiologia, un ressenya titulada "Aprenentatge estadístic i deriva representacional: un substrat dinàmic per a les memòries" qüestiona aquesta creença arrelada. Escrit per Jens-Bastian Eppler (Centre de Recerca Matemàtica), Matthias Kaschube (Universitat Goethe de Frankfurt) i Simon Rumpel (Centre Mèdic Universitari de Mainz), l'article s'enfronta a una paradoxa al cor de la ciència del cervell: si les neurones i les sinapsis estan en flux constant, com és que la percepció i la memòria es senten tan estables?

Aquesta discrepància és el que els científics anomenen deriva representacionalPer a nosaltres, «els records semblen estables», diu Eppler, «i en el nostre comportament ho són. Si aprens alguna cosa de petit, sovint ho recordaràs durant la resta de la teva vida. Però no tenim ni idea de com sorgeix aquesta estabilitat». Durant molt de temps, la idea dominant va ser que el cervell emmagatzemava els records en circuits que es mantenien al seu lloc i només canviaven quan s'aprenia alguna cosa nova. «Els investigadors han descobert ara que si veus la mateixa cosa en dies diferents, l'activitat del teu cervell és diferent», explica Eppler. «Mires el semàfor en vermell; encara saps què és, però al teu cervell hi ha diferents conjunts de neurones actives».

Els primers indicis d'aquest fenomen van aparèixer a la dècada del 2000, ja que els mètodes no eren prou sòlids per demostrar-ho abans d'això. Els científics només podien registrar l'activitat durant un sol dia en un animal abans que acabés l'experiment. "Ara", assenyala Eppler, "podem seguir l'activitat cerebral durant períodes més llargs, i a tot arreu on la gent ha mirat, hi ha aquesta deriva representacional". El terme en si només va guanyar força en els darrers anys.

«El cervell és tan inestable i, alhora, el comportament és estable. Per a mi, hi ha una gran paradoxa.»

Aleshores, què explica la paradoxa: les neurones canvien, els records són estables? Eppler assenyala la plasticitat sinàptica, la manera com les connexions entre les neurones canvien constantment. «La plasticitat hebbiana sovint es descriu com a 'neurones que s'activen juntes, es connecten'. Això significa que si dues neurones estan actives juntes, formaran una connexió més forta entre elles. I això passa tot el temps al nostre cervell». Cada nou so, imatge o moviment deixa el seu rastre, alterant la xarxa. En els termes de la revisió, l'estabilitat reflecteix un equilibri entre l'aprenentatge hebbiano i la 'temperatura' sinàptica estocàstica, que estableix quant es desvia la xarxa.

Amb el temps, algunes neurones s'activen per a múltiples experiències, els patrons superposats remodelen les sinapsis i tot el sistema es desvia. "Si veus alguna cosa sovint, les connexions s'enforteixen molt", diu Eppler. Això és el que els neurocientífics anomenen aprenentatge estadístic: el cervell fa un seguiment silenciós de la freqüència amb què les coses ocorren juntes, una idea desenvolupada per primera vegada per explicar com els infants aprenen el llenguatge escoltant sons una vegada i una altra.

Aquí rau la clau: el que roman estable no són els patrons d'activitat individuals, sinó les seves similituds. Com diu Eppler, "la gent va descobrir que tot està canviant. I després van buscar mapes de similitud". Posa l'exemple dels colors: "el vermell i el taronja poden activar neurones completament diferents d'un dia a l'altre, però al llarg dels dies, el taronja sempre està més a prop del vermell que del blau. Les similituds són estables, no les activitats en si".

Per explicar com sorgeix l'ordre enmig del caos, l'equip de recerca va utilitzar una imatge molt original: pasturant gats: "En aquesta metàfora, els gats són els canvis estocàstics; sempre hi ha alguna cosa que canvia aleatòriament. Els pastors que pasturen els gats serien l'aprenentatge estadístic. Mai aconseguiran una feina 100% perfecta; les activitats encara canvien, però aconsegueixen fer-ho prou bé. L'estructura general del ramat es manté". De manera reveladora, el mapa general es pot reformar després de les interrupcions; fins i tot quan es tallen neurones específiques, l'estructura relacional es recupera en qüestió de dies.

Fins i tot emocions com l'avorriment encaixen en la imatge. "L'avorriment és una emoció negativa molt forta; si estem avorrits, no rebem prou informació. I això fa que els records del nostre cervell siguin inestables. La idea és que l'avorriment ens fa buscar noves experiències i, només amb les estadístiques d'aquestes experiències, la nostra activitat es manté unida". En altres paraules, l'avorriment ens empeny de nou a situacions en què el pastor pot tornar a pasturar els gats.

El mateix marc de treball canvia la manera com pensem sobre l'oblit. En lloc d'un defecte, pot ser el resultat natural de la deriva: els canvis aleatoris erosionen lentament alguns rastres, mentre que el nou aprenentatge de Hebbià en sobreescriu d'altres. "Permet que el sistema esborri la informació que ja no és rellevant", diu Eppler.

Tot això requereix que les matemàtiques tinguin sentit. «Fa uns anys, la gent només podia mesurar cèl·lules individuals, i llavors no calien moltes matemàtiques; podies dir que està activat, que està desactivat, que dones una taxa de tret. Però ara que tens aquests enregistraments massius de milers de neurones, necessites una manera clara de descriure-les», diu Eppler. «La cosa subjacent que les genera és una xarxa. No totes les possibilitats són assolibles; estan molt limitades per la xarxa. I aquí, crec, hi ha una gran contribució que poden fer els conceptes matemàtics».

Aquesta contribució no és només tècnica. Remodela la manera com visualitzem la memòria mateixa. No és una fotografia fixa amagada, sinó quelcom més semblant a una melodia interpretada per una orquestra en constant canvi, amb músics canviant de seient i instrument però la melodia persisteix.

«Els records ens semblen estables», reflexiona Eppler. «Però aquesta estabilitat no és perquè el cervell sigui estàtic. És perquè continua aprenent, tot el temps, fins i tot quan sembla que no passa res de nou».

Cita:

Eppler, J.-B., Kaschube, M., i Rumpel, S. (2025). Aprenentatge estadístic i deriva representacional: un substrat dinàmic per als records. Opinió actual en neurobiologia, 87, 102022. https://doi.org/10.1016/j.conb.2025.102022