En la fracción de segundo antes de que una persona hable, su cerebro entrelaza una gramática compleja, un vocabulario preciso y el significado subyacente del lenguaje. Ahora, los investigadores han rastreado el chisporroteo eléctrico de células cerebrales individuales en tiempo real durante conversaciones no guionadas, capturando cómo se construyen las oraciones antes de que se pronuncie una sola palabra.
Al observar estas neuronas en una región del cerebro humano llamada corteza frontotemporal, los científicos han descubierto que las células cerebrales individuales actúan como bloques de construcción lingüísticos especializados. «Solíamos pensar que el lenguaje era un fenómeno difuso, de toda la red,» dice Ziv Williams, neurocirujano en el Hospital General de Massachusetts (MGH) en Boston y coautor del estudio. «Pero resulta que tienes neuronas específicas que solo se preocupan si una palabra es un sustantivo, o solo se preocupan si una frase está terminando.»
En el mapa
Para capturar esta actividad, Williams y sus colegas utilizaron electrodos que fueron implantados temporalmente en personas con epilepsia para monitorear sus convulsiones. Debido a que estos participantes estaban despiertos y hablaban libremente, el equipo pudo observar cómo operaba el cerebro mientras hablaban. La neurocientífica Jing Cai, también en MGH, dice que esta configuración proporcionó una rara oportunidad para espiar los procesos celulares que subyacen al habla, capturando detalles que los dispositivos estándar de imagen cerebral no pueden obtener.
El acceso a tales datos proporciona una «rara» visión de la maquinaria biológica que gobierna el habla, dice Angela Friederici, neuropsicóloga del Instituto Max Planck de Ciencias Cognitivas y Cerebrales de Leipzig, Alemania.
Los investigadores encontraron que neuronas específicas aumentaban su tasa de disparo eléctrico justo antes de que se pronunciaran ciertos componentes del habla, como un sustantivo. Esto señalaba que el cerebro construye oraciones al activar neuronas particulares que pueden manejar propiedades distintas del lenguaje, como las partes del discurso, notaron los investigadores.
Para entender esta sinfonía eléctrica, el equipo recurrió a grandes modelos de lenguaje, el mismo tipo de inteligencia artificial que impulsa a los chatbots. Al comparar los patrones de procesamiento de texto de los modelos con la actividad cerebral de los participantes, los investigadores descubrieron que tanto las neuronas como los modelos seguían el contexto más amplio de la oración, manteniendo un registro mental de hasta cinco palabras anteriores para dar forma al significado de la siguiente.
También encontraron una división del trabajo entre dos conceptos fundamentales: la semántica, o el significado de las palabras, y la sintaxis, que dicta la gramática y la estructura. La mayoría de las células codifican preferentemente solo información semántica o sintáctica, encontraron. Aunque estas neuronas especializadas en el lenguaje están dispersas por la corteza frontotemporal, los investigadores descubrieron que el hemisferio izquierdo del cerebro estaba más activo en la codificación de esta información lingüística que el derecho.
División del trabajo
Sin embargo, a pesar de toda esta precisión a nivel celular, los datos revelaron una desconexión entre la afinación especializada de las células individuales a propiedades particulares del lenguaje y las ondas eléctricas sincronizadas que los neuronas generan en el tejido cerebral circundante. Este zumbido eléctrico de fondo más amplio no compartía la misma especificidad lingüística; una sola célula podría sintonizar el significado de una palabra, mientras que su vecindario celular inmediato podría monitorear algo completamente diferente, como cómo termina una frase.
Para algunos especialistas como Friederici, esta desconexión deja una pregunta clave sin respuesta: si los bloques de construcción del lenguaje están tan aislados, ¿cómo se unen rápidamente para crear un discurso fluido?
Friederici también advierte que los hallazgos representan solo una instantánea temporal de la actividad cerebral. Investigaciones previas en ratones muestran que las reacciones de células individuales en la corteza pueden cambiar drásticamente con el tiempo, un fenómeno conocido como deriva representacional. Debido a que el cerebro fue monitoreado solo por un corto período de tiempo, no está claro si estas neuronas específicas mantienen sus funciones lingüísticas asignadas durante meses o años, dice ella.
Más allá de mapear la arquitectura del cerebro, Williams dice que espera que estos hallazgos eventualmente ayuden a construir dispositivos neuronales más avanzados e interfaces cerebro-computadora para las personas que han perdido su capacidad de comunicarse. Al mostrar cómo las células individuales en estas regiones más amplias codifican la estructura y la gramática de una oración, tales mapas podrían ayudar a decodificar pensamientos complejos directamente desde el cerebro, ofreciendo un camino para restaurar el habla, dice.
Max Kozlov