Un estudio reciente, publicado en Current Biology, ha arrojado luz sobre cómo el cerebro humano procesa el concepto de cero. Los investigadores descubrieron que ciertas neuronas en el lóbulo temporal medial tratan el cero como un número en lugar de como un símbolo de nada.
Estas células nerviosas respondieron al cero de una manera que lo integra con otros números pequeños, como uno y dos. Este hallazgo aporta una nueva perspectiva sobre cómo el cerebro codifica uno de los conceptos más abstractos e importantes en matemáticas.
"En general, estamos interesados en comprender cómo el cerebro representa los números, pero el cero es un caso verdaderamente único", explicaron los autores del estudio, Florian Mormann y Andreas Nieder, profesor de Neurofisiología Cognitiva y Clínica en el Hospital Universitario de Bonn y profesor de Fisiología Animal en la Universidad de Tübingen, respectivamente.
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La historia del cero: Un concepto abstracto y desafiante
"El cero tardó mucho tiempo en ser reconocido y apreciado en la historia de la humanidad. Los niños demuestran una comprensión tardía del concepto de cero numeroso, mucho después de que comprendan los enteros positivos. Los animales no humanos, con quienes compartimos un sistema de cuantificación no verbal, exhiben una comprensión rudimentaria del cero cardinal", añadieron.
"Para un cerebro que ha evolucionado para procesar estímulos sensoriales ('algo'), concebir conjuntos vacíos ('nada') como una categoría significativa exige una abstracción de alto nivel. Requiere la capacidad de representar un concepto independientemente de la experiencia y más allá de lo que se percibe. El cerebro necesita interpretar 'nada' como 'algo', como un objeto matemático".
Investigando la actividad neuronal con pacientes de epilepsia
El estudio involucró a diecisiete participantes que se sometieron a tratamiento neuroquirúrgico para la epilepsia. Estos pacientes tenían electrodos delgados implantados en sus lóbulos temporales mediales como parte de sus preparativos prequirúrgicos. Estos electrodos permitieron a los investigadores medir la actividad de las neuronas individuales en tiempo real mientras los participantes realizaban tareas numéricas.
Las tareas implicaban mostrar a los participantes números entre cero y nueve, presentados en dos formatos: simbólico (números arábigos) y no simbólico (conjuntos de puntos). En el formato no simbólico, un conjunto vacío de puntos representaba el cero.
Los participantes tenían que decidir si los números presentados eran pares o impares. Durante este proceso, los investigadores monitorearon la actividad de las neuronas individuales, con el objetivo de encontrar neuronas específicas que respondieran al concepto de cero. En un experimento de control, diecinueve voluntarios sanos completaron una versión simplificada de la tarea para comparar las respuestas conductuales entre individuos con y sin epilepsia.
Neuronas especializadas en cero: Un efecto de distancia numérica
Los investigadores descubrieron que ciertas neuronas en el lóbulo temporal medial respondían específicamente al concepto de cero, ya sea en forma simbólica o no simbólica. Estas neuronas mostraron lo que se conoce como un "efecto de distancia numérica", en el que no solo respondían al cero, sino también a su número vecino, uno, aunque más débilmente. Esto demostró que el cerebro no trata el cero como una categoría única o separada de "nada". En cambio, integra el cero como parte del continuo numérico más amplio.
"El punto clave es que tenemos neuronas en nuestro cerebro que señalan el número cero, aunque el cero se caracteriza por un valor vacío y la ausencia de elementos a contar", afirmaron Mormann y Nieder. "Al mismo tiempo, estas neuronas representan el cero como cualquier otro número contable al mostrar su mayor activación para el cero y una activación gradualmente menor para los números adyacentes. En otras palabras, las neuronas están sintonizadas con el cero, tienen el cero como su número favorito".
El formato de cero importa: Procesando el cero simbólico y no simbólico
Sin embargo, hubo una diferencia clave en cómo las neuronas procesaban el cero según su formato. Cuando el cero se presentaba simbólicamente como un numeral, las neuronas lo procesaban de manera similar a otros números. Pero cuando el cero se representaba no simbólicamente, como un conjunto vacío de puntos, las neuronas tardaban más en responder.
Esta respuesta más lenta indicó que el cerebro requiere más tiempo para procesar representaciones no simbólicas del cero, probablemente porque es un formato más abstracto y menos familiar en comparación con los numerales.
"Las neuronas que codifican conjuntos vacíos o el numeral arábigo 0 representan conjuntos vacíos como la cantidad más pequeña en la 'línea numérica mental' porque responden más fuertemente al cero y sistemáticamente menos a los números cada vez más altos", explicaron los investigadores. "Esto demuestra el llamado efecto de distancia numérica. Sin este efecto de distancia neuronal, las neuronas simplemente representarían una categoría de 'nada', desprovista de significado numérico. Sin embargo, estas neuronas cero representan un valor numérico menor que uno".
Limitaciones y futuras investigaciones: Explorando la influencia cultural
Como en cualquier estudio, hubo limitaciones. Una limitación importante fue el uso de pacientes con epilepsia para las grabaciones cerebrales. Estos pacientes tenían electrodos implantados en sus cerebros como parte de su tratamiento médico, lo que significa que los investigadores no podían elegir libremente la ubicación exacta de los electrodos. La colocación fue determinada por las necesidades clínicas, no por los requisitos del estudio.
"Las grabaciones neuronales se realizaron en pacientes con epilepsia farmacológicamente intratable que tenían electrodos de profundidad crónicos implantados", destacaron Mormann y Nieder. "Como resultado, la actividad eléctrica captada puede originarse en regiones del cerebro que contienen tejido patológico. Además, la colocación de electrodos de grabación en regiones cerebrales no se puede elegir libremente; debe adherirse a los requisitos y consideraciones clínicas".
Un área para futuras exploraciones es explorar si el concepto de cero se procesa de manera diferente según el contexto o el origen cultural del individuo. Dado que el cero es un desarrollo relativamente reciente en la historia humana y uno de los conceptos más desafiantes para los niños, investigar cómo las diferentes experiencias educativas o culturales influyen en su representación neuronal podría proporcionar información adicional sobre cómo el cerebro se adapta a nuevos conceptos abstractos.
"Todos nuestros comportamientos y capacidades mentales surgen del funcionamiento de las neuronas en el cerebro", afirmaron los investigadores. "Nuestro objetivo es comprender mecánicamente cómo la actividad de neuronas individuales y conjuntos de neuronas da lugar al conteo, la aritmética y las matemáticas. Esta comprensión también será crucial para ayudar a individuos con déficits específicos relacionados con los números, como la discalculia del desarrollo, dificultades de aprendizaje con los números, y la acalculia, que se refiere a los déficits adquiridos en el cálculo después de lesiones cerebrales".
Fuentes y recursos de información
Kutter, E. F., Dehnen, G., Borger, V., Surges, R., Nieder, A., & Mormann, F. (2024). Single-neuron representation of nonsymbolic and symbolic number zero in the human medial temporal lobe. Current Biology. DOI: 10.1016/j.cub.2024.08.041
