¿Cómo dice tu cerebro la hora?

Desde los relojes de sol y relojes de agua de los antiguos egipcios, pasando por los primeros cronómetros marinos hasta los modernos relojes atómicos, los humanos se han embarcado en una búsqueda para medir el tiempo con una precisión cada vez mayor. Esta búsqueda revolucionó la exploración marítima, ancló la revolución industrial y permitió nuestra capacidad actual para ubicarnos con precisión (y nuestros teléfonos inteligentes perdidos) en el espacio. En el mundo moderno rastreamos regularmente el tiempo en escalas de más de quince órdenes de magnitud: desde la precisión de nanosegundos requerida para el GPS hasta el seguimiento de nuestro viaje anual alrededor del sol. Y entre estos extremos, medimos los minutos y las horas que rigen nuestras actividades diarias. Sorprendentemente, podemos usar el mismo dispositivo para medir el tiempo en todo este espectro temporal completo: los relojes atómicos se utilizan para medir el tiempo de demora de nanosegundos en la llegada de señales de diferentes satélites, así como para hacer ajustes en el año calendario. Este reloj único se ajusta a todas las estrategias, es exactamente lo opuesto a la solución ideada por la naturaleza para resolver el problema del tiempo.

Cada vez que vuelves la cabeza hacia un auto chirriante, en realidad estás diciendo la hora. Su sistema auditivo rastreó el hecho de que el sonido llegó a un oído cien microsegundos antes que el otro, y usó esta información para calcular dónde se originó el sonido. En la escala mucho más larga de horas y días, nuestro reloj circadiano anticipa el amanecer y el atardecer, y realiza una amplia gama de ajustes hormonales y fisiológicos para prepararnos para la hora de dormir. En el rango intermedio, en la escala de milisegundos y segundos, la capacidad del cerebro para decir la hora es igual o más importante. El habla y la música no existirían si no pudiéramos medir la información contenida en las sílabas de duración, palabras y notas, o las pausas entre ellas. Y, en una escala un poco más larga, nuestro sentido subjetivo del tiempo nos dice cuándo la luz roja se volverá verde.

¿Pero cómo el cerebro dice la hora? Si bien aún no conocemos la respuesta completa a esta pregunta, sabemos que no hay una respuesta única.

El reloj circadiano es probablemente el mejor comprendido por los encargados del tiempo del cerebro. Y a decir verdad, los organismos ni siquiera necesitan un cerebro para anticipar los ritmos diarios de la tierra. Los humanos, las moscas de la fruta, las plantas e incluso algunas bacterias tienen ritmos circadianos. Puede preguntarse, ¿por qué a las bacterias les importaría la hora del día? Curiosamente, la fuerza más temprana que impulsó la evolución de los relojes circadianos fue probablemente los efectos nocivos de la radiación solar sobre el ADN. La radiación ultravioleta causa mutaciones durante la replicación del ADN. Los organismos unicelulares, desprovistos de un órgano protector como la piel, son particularmente vulnerables a los errores de replicación inducidos por la luz. Por lo tanto, dividir por la noche proporciona un medio para aumentar el éxito reproductivo. Ya sea en humanos, plantas o bacterias, el reloj circadiano se basa en un ciclo de retroalimentación bioquímica. El ADN sintetiza proteínas a través de la transcripción, cuando esta proteína alcanza una concentración crítica, al principio inhibe la transcripción del ADN que fue responsable de su síntesis; y cuando la proteína se degrada, la transcripción del ADN y la síntesis de la proteína comienzan de nuevo. No es coincidencia, este ciclo toma aproximadamente 24 horas. Los detalles de los genes y las proteínas involucradas en el reloj circadiano varían de un organismo a otro, pero la estrategia general es la misma.

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Sabemos mucho menos sobre cómo el cerebro mide las diferencias en la pausa entre las palabras "sin perros, por favor" y "sin perros, por favor". ¿O cómo el cerebro anticipa el siguiente timbre de un teléfono que suena? Sin embargo, es cada vez más claro que la respuesta tendrá poco parecido con un reloj real.

Todos los relojes modernos funcionan en dos componentes simples: un oscilador y un contador. El oscilador, como el péndulo de un reloj de pie o las vibraciones electromecánicas de un cristal de cuarzo de un reloj digital, tictacan a una velocidad constante. El contador simplemente realiza un seguimiento de la cantidad total de tics del oscilador. Pero hay muchas maneras de decir la hora que no requieren osciladores y contadores. Considere las ondas creadas por dos gotas de lluvia que caen en un estanque. Cada uno crea anillos concéntricos en expansión, y si le mostraban una imagen de dos ondas, podría decir qué gota de lluvia cayó primero, y si estaba tan inclinado, podría calcular el intervalo entre ambas gotas. Ahora hay evidencia significativa de que de la misma manera los patrones de las ondas en un estanque se pueden usar para indicar la hora, que el cerebro usa patrones cambiantes de actividad neuronal para indicar el tiempo ¹ . Para comprender cómo podría funcionar, imagine mirar las ventanas de un rascacielos por la noche, y para cada ventana puede ver si la luz de la habitación está encendida o apagada. Ahora supongamos que por alguna razón el mismo patrón se repite todos los días. En una ventana, la luz se enciende inmediatamente al atardecer, en otra una hora después de la puesta del sol, en otra la luz se enciende al atardecer y se apaga después de una hora y luego vuelve a encenderse en 3 horas. Si hubiera 100 ventanas, podríamos escribir una cadena de dígitos binarios que representan el "estado" del edificio en cada punto en el tiempo 1 0 1 … al atardecer, 1 1 0 … una hora después del atardecer, y así sucesivamente – cada dígito representando si la luz en una ventana dada estaba encendida o apagada. Aunque el edificio no fue diseñado para ser un reloj, puede ver que podríamos usarlo para indicar la hora según el patrón de luces en las ventanas. En esta analogía, cada ventana es una neurona que podría estar "encendida" (potenciales de acción de disparo) o "desactivada" (silenciosa). La clave para que este sistema funcione es que el patrón debe ser reproducible. Se han registrado varios estudios de grupos de neuronas mientras los animales realizaban una tarea, y demostraron que el patrón cambiante de neuronas activas podría usarse para indicar el tiempo en el transcurso de segundos.

Como consecuencia del proceso de diseño inherentemente no sistemático de la evolución, tenemos una amalgama de diferentes mecanismos biológicos de mantenimiento del tiempo dentro de nuestro cerebro. Y cada guardián del tiempo está especializado en una escala de tiempo muy específica. En otras palabras, su reloj circadiano no tiene segundero, y los mecanismos que su cerebro usa para decirle cuándo la luz roja está a punto de cambiar no tiene una manecilla de hora.

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