⏱️ En este mismo instante, tu cerebro está midiendo el tiempo. No el ritmo de 24 horas que decide cuándo tienes sueño, sino el otro: el de medio segundo a diez segundos que te permite atrapar una pelota, seguir un compás o intuir que el agua está a punto de hervir. Durante décadas se imaginó que un único cronómetro interno se encargaba de ello. Un equipo de Tokio acaba de encontrar algo más extraño: el cerebro hace funcionar varios de esos relojes a la vez, y pueden marcar al unísono o separarse según convenga. Lo curioso es que el problema que el cerebro resuelve aquí se parece mucho al que enfrentan quienes construyen la próxima generación de inteligencia artificial.

¿Un cronómetro o varios?

Conviene aclarar algo primero, porque la palabra "reloj" suele confundir. No hablamos del ritmo circadiano, ese ciclo de unas 24 horas que rige el sueño, las hormonas y el jet lag. Hablamos del sentido del tiempo transcurrido en la escala de los segundos: saber cuánto llevas esperando, anticipar cuándo ocurrirá lo siguiente. Esa capacidad sostiene, sin que lo notemos, buena parte de la vida diaria: mantener el ritmo en la música, calcular el momento de un sprint, sostener una idea en la memoria de trabajo, decidir cuándo actuar.

Sobre cómo lo logra el cerebro se ha discutido mucho. Un bando imaginaba un único marcapasos central, un cronómetro que se podía iniciar, detener o reiniciar. Otro veía la medición del tiempo como algo que emerge de muchas regiones a la vez, repartido por la corteza sin un reloj maestro. Una influyente revisión de 2018, firmada por Joseph Paton y Dean Buonomano, se inclinaba por esa visión "distribuida": el tiempo como propiedad de redes enteras, no de un órgano dedicado.

Lo que nadie había conseguido era ver dos de esas regiones midiendo el tiempo en el mismo momento para comprobar si coincidían. Eso es lo que se propusieron Hiroto Imamura, estudiante de posgrado en Science Tokyo (Instituto de Ciencia de Tokio), junto al profesor asociado Riichiro Hira, el profesor Yoshikazu Isomura y sus colegas.

Entrenaron a ratones en una tarea con un pequeño giro: las recompensas llegaban de forma alterna, cada seis segundos y luego cada doce, una y otra vez. Con la práctica, los ratones aprendieron a anticipar ambos intervalos, no solo el de seis segundos, sino también el de doce. Mientras los animales medían el tiempo, los investigadores usaron imagen de calcio por dos fotones de campo amplio —una técnica de microscopio que ilumina las neuronas activas— para registrar miles de células a la vez en dos regiones: la corteza motora secundaria (M2), en el lóbulo frontal, y la corteza parietal posterior (PPC), en el lóbulo parietal. Ambas intervienen en la medición de intervalos cortos, y ambas se observaron en vivo, al mismo tiempo.

Cuando los relojes se desvían juntos, y cuando lo hacen por separado

Las dos regiones, quedó claro, seguían el paso del tiempo. A medida que pasaban los segundos, distintas neuronas se activaban en secuencia, como una fila de fichas de dominó dispuestas a lo largo del intervalo. Leyendo el patrón se podía saber, a grandes rasgos, en qué "segundo" creía estar el cerebro.

Pero las dos regiones no siempre leían la misma cifra. Al decodificar el sentido del momento de cada una, el equipo halló dos tipos de error. A veces M2 y PPC se desviaban en la misma dirección al mismo tiempo: un error coherente, los dos relojes equivocados a la vez. Otras veces solo una región se desviaba mientras la otra se mantenía firme: un error independiente. La medición del tiempo del cerebro no estaba ni perfectamente fundida ni del todo separada. Vivía en un punto intermedio, compartiendo un reloj cuando convenía y dividiéndose en dos cuando eso resultaba más útil.

Izquierda: imagen de calcio por dos fotones de campo amplio de muchas neuronas en regiones de la corteza del ratón. Derecha: el modelo Twin-RNN que enlaza dos redes con acoplamiento escaso.

Fuente: nota de prensa de Science Tokyo

Un análisis más fino afinó el cuadro. Con un método que el equipo llama CARP, separaron la actividad compartida por las dos regiones, componente a componente, para ver dónde residía realmente la señal del tiempo. No estaba concentrada en el mayor canal compartido. Al contrario, el tiempo se repartía de forma tenue entre varios componentes compartidos de baja varianza, fáciles de pasar por alto si solo se mira la señal más fuerte. Ese canal dominante, el de mayor actividad compartida, estaba ocupado en otra cosa: la conducta misma, como el lamido de la recompensa. El tiempo era el inquilino silencioso del edificio, no el que hacía todo el ruido.

Conexiones escasas y un ruido que sirve

Quedaba la pregunta de fondo: ¿por qué estaría hecho así un cerebro, mitad compartido y mitad independiente? Para indagarlo, el equipo recurrió a un modelo: un "Twin-RNN", dos redes neuronales recurrentes conectadas entre sí, en representación de M2 y PPC. Así podían añadir o quitar rasgos biológicos y observar qué pasaba.

Dos ingredientes hicieron el truco. El primero, un acoplamiento escaso: solo un conjunto delgado de conexiones uniendo las dos redes. Ese enlace escaso las empujaba hacia el acuerdo, alineando sus relojes. El segundo, ruido 1/f —una fluctuación común en las señales biológicas, donde las ondas lentas pesan mucho y las rápidas se desvanecen— extendido por todo el sistema. Ese ruido compartido hacía lo contrario: daba a cada red margen para divagar, para mantener un reloj propio. Con ambos dentro, el modelo reprodujo la mezcla exacta de errores coherentes e independientes vista en los ratones. Un análisis adicional, que el equipo llama DLIC, confirmó el reparto de tareas: las conexiones escasas alinean, el ruido amplio libera.

Lo que esto le da al cerebro es un equilibrio que a la mayoría de los sistemas diseñados les cuesta lograr: la estabilidad de regiones que comparten un reloj fiable y la flexibilidad de cada una siguiendo el suyo. El trabajo se publicó el 11 de junio (hora local) en Nature Communications; el entrenamiento de las redes y los análisis se apoyaron en la supercomputadora TSUBAME4.0 de Science Tokyo.

Cuando un estudio sobre relojes se vuelve una historia sobre IA

Aquí está el motivo por el que un artículo sobre la medición del tiempo en ratones podría importar más allá de la neurociencia. El problema que el cerebro resuelve en silencio —dejar que varias redes compartan información y, aun así, piensen por su cuenta— es casi exactamente el que enfrenta quien intenta conectar varios sistemas de IA. Demasiado acoplamiento y las partes colapsan en una sola unidad rígida; demasiado poco y no logran cooperar. La respuesta del cerebro —un enlace escaso para la coherencia, una capa de ruido compartido para la independencia— se lee como una pista de diseño para la IA "inspirada en el cerebro" y el control de robots, donde estabilidad y adaptabilidad son ambas deseables y suelen estar reñidas.

Conviene ser honesto sobre lo lejos que queda eso. Es investigación básica con ratones. Los autores subrayan que su trabajo no estudia ninguna enfermedad de forma directa; ofrece una manera de cuantificar el equilibrio entre coordinación e independencia entre regiones cerebrales, algo que con el tiempo podría orientar el modo en que se piensan los trastornos psiquiátricos y neurológicos en los que ese equilibrio parece alterado. No hay terapia, ni producto, ni cerebros humanos, todavía. Lo que hay es una imagen más nítida de algo que todos hacemos sin darnos cuenta, y una pista clara para quienes intentan construir máquinas que también lo hagan.

Varios relojes, todos tuyos

La próxima vez que cuentes los minutos para una entrega, sostengas un compás o te prepares para un sonido que sabes que llega, no hay un único cronómetro ordenado dirigiendo la función en tu cabeza. Hay varios, turnándose, a veces al unísono y a veces cada uno por su lado. Unos investigadores japoneses los sorprendieron, por así decirlo, con las manos en la masa, en un ratón.

En Japón esto llegó como un titular de ciencia básica. ¿Cómo se habla de la percepción del tiempo donde tú estás? ¿En los laboratorios de tu país, o simplemente en la forma de describir un minuto que se arrastra y una hora que se esfuma?

Referencias