Las sinapsis (las conexiones entre neuronas) se sabe que almacenan recuerdos, pero hasta ahora no teníamos una forma clara de medir cuánta información contienen. Un equipo liderado por Xinhao Fan en la Universidad Johns Hopkins ha cambiado eso con un marco teórico que cuantifica la información almacenada en las fortalezas sinápticas, no solo en los patrones de disparo neuronal. Publicado en Neural Computation, el trabajo proporciona una lente matemática para entender el almacenamiento de memoria tanto en redes biológicas como artificiales.
La investigación
Fan y el coautor Shreesh Mysore estudiaron redes hebbianas densamente conectadas realizando tareas de memoria autoasociativa, como recordar un patrón a partir de una señal parcial. Modelaron los patrones de datos a almacenar como distribuciones log-normales, una representación realista de las distribuciones de fuerza sináptica. Utilizando la teoría de la información de Shannon, derivaron fórmulas analíticas para la información mutua entre los datos y sinapsis individuales, pares y grupos arbitrarios de sinapsis. Su marco capturó cómo cada sinapsis contribuye al almacenamiento y descubrió un efecto sorprendente: la información almacenada por todas las sinapsis juntas es mayor que la suma de la información de cada una por separado. Esta "interacción sinérgica" significa que la red neuronal codifica más información colectivamente que individualmente. La teoría también coincide con hallazgos establecidos sobre la capacidad de almacenamiento de patrones y apoya la idea de codificación distribuida, donde la información se extiende a través de muchas conexiones.
Por qué es importante
Este marco formaliza algo conocido intuitivamente pero nunca medido con precisión: las sinapsis no solo almacenan bits de forma independiente, sino que trabajan juntas de manera sinérgica. Para entender el aprendizaje y la memoria, esto implica que quizás necesitemos considerar los patrones de conectividad en lugar de solo las sinapsis individuales. Para las redes neuronales artificiales, podría inspirar formas más eficientes de almacenar información en conexiones ponderadas. Para cualquier persona curiosa sobre su propio cerebro, destaca la increíble eficiencia del diseño cerebral: nuestros recuerdos están distribuidos en miles de millones de conexiones, cada una contribuyendo a un todo que es más inteligente que sus partes.
Qué puedes hacer
Aunque no puedas medir tus sinapsis en casa, puedes apoyar la salud cerebral con estimulación mental regular, ejercicio físico, sueño y una dieta equilibrada. Sigue desafiando tu memoria con acertijos y nuevas habilidades: el almacenamiento sináptico de tu cerebro se beneficia de la variedad.
Fuente: arXiv q-bio.NC
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