Los estudios del metabolismo neuronal revelan el esfuerzo de nuestro encéfalo para mantenernos vivos y las limitaciones evolutivas que esculpieron nuestro órgano más complejo.

Un artículo de Conor Feehly. Historia original reimpresa con permiso de Quanta Magazine, una publicación editorialmente independiente respaldada por la Fundación Simons.

Acabas de llegar a casa después de un día agotador. Todo lo que deseas es poner los pies en alto y desconectar viendo lo que sea en la televisión. Aunque esta inactividad pueda parecer un merecido descanso, tu encéfalo no está precisamente relajándose. De hecho, según investigaciones recientes, está consumiendo casi tanta energía como durante tu estresante actividad.

Sharna Jamadar, neurocientífica de la Universidad Monash en Australia, junto con sus colegas, ha revisado investigaciones de su laboratorio y de otros equipos en todo el mundo para estimar el coste metabólico de la cognición —es decir, cuánta energía necesita el encéfalo humano para funcionar. Sorprendentemente, han concluído que las tareas exigentes y dirigidas a un objetivo consumen solo un 5% más de energía que la actividad encefálica en reposo. En otras palabras, usamos el encéfalo solo un poco más cuando estamos concentrados que cuando está en modo de reposo.

A menudo sentimos que gastamos nuestra energía mental en prestar atención y concentrarnos intensamente. Sin embargo, esta nueva investigación se suma a una idea cada vez más aceptada: la mayor parte de la actividad encefálical se dedica al mantenimiento. Aunque muchos neurocientíficos se han centrado históricamente en los procesos cognitivos activos y externos —como la atención, la resolución de problemas, la memoria de trabajo y la toma de decisiones—, cada vez está más claro que bajo esa superficie existe una intensa actividad de procesamiento en segundo plano. Nuestros encéfalos regulan los sistemas fisiológicos clave del cuerpo, distribuyendo recursos donde se necesitan mientras respondemos consciente o inconscientemente a las demandas de un entorno en constante cambio.

“Existe la idea de que el encéfalo sirve para pensar”, comenta Jordan Theriault, neurocientífico de la Universidad de Northeastern que no ha participado en este nuevo análisis. “Pero, desde el punto de vista metabólico, su función principal es gestionar el cuerpo, coordinar y regular los órganos, mantener este sistema tan costoso al que está conectado y enfrentarse a un entorno externo complicado.”

El encéfalo no es una simple máquina de pensar, sino un órgano moldeado por la evolución y, por tanto, sujeto a las estrictas limitaciones energéticas de un sistema biológico. Pensar puede hacernos sentir cansados no porque se nos acabe la energía, sino porque hemos evolucionado para conservar recursos. Este estudio del metabolismo neuronal, combinado con investigaciones sobre la dinámica de los impulsos eléctricos encefálicos, revela las fuerzas evolutivas que compiten entre sí y que explican las limitaciones, el alcance y la eficiencia de nuestras capacidades cognitivas.

El coste de una máquina predictiva

El encéfalo humano es increíblemente costoso de mantener en funcionamiento. Aunque representa solo alrededor del 2% del peso corporal consume el 20% de los recursos energéticos del cuerpo. “Tiene unas demandas metabólicas enormes”, afirma Jamadar. En los bebés, este porcentaje se acerca al 50%.

La energía del encéfalo proviene de una molécula llamada adenosín trifosfato (ATP), que las células producen a partir de glucosa y oxígeno. Una vasta red de finos capilares —se estima que unos 600 kilómetros de vasos sanguíneos— recorre el tejido encefálico para transportar sangre rica en glucosa y oxígeno hacia las neuronas y otras células del encéfalo. Una vez sintetizado dentro de las células, el ATP alimenta la comunicación entre neuronas, que es la base del funcionamiento encefálico. Las neuronas transmiten señales eléctricas hasta sus sinapsis, donde intercambian mensajes moleculares; la intensidad de la señal determina si liberarán esas moléculas (es decir, si “dispararán”). Si lo hacen, esa señal molecular dictará si la siguiente neurona transmitirá el mensaje, y así sucesivamente. Mantener lo que se conoce como potenciales de membrana —voltajes estables a través de la membrana neuronal que mantienen a la célula lista para disparar cuando sea necesario— consume al menos la mitad del presupuesto energético total del encéfalo.

Medir el ATP directamente en el encéfalo humano resulta muy invasivo. Por eso, el equipo de Jamadar revisó estudios, incluidos sus propios resultados, que utilizaron otras formas de estimar el uso de energía – como el consumo de glucosa, medido mediante tomografía por emisión de positrones (PET), y el flujo sanguíneo, evaluado mediante resonancia magnética funcional (fMRI) – para encontrar las diferencias en cómo el encéfalo usa la energía durante las tareas activas y cuando está en reposo. Según Jamadar, cuando se realizan al mismo tiempo, el PET y la fMRI pueden aportar información complementaria sobre cómo el encéfalo consume glucosa. Aunque no se trata de una medida completa del gasto energético encefálico —ya que los tejidos neuronales también pueden convertir ciertos aminoácidos en ATP—, la gran mayoría del ATP del encéfalo proviene del metabolismo de la glucosa.

El análisis de Jamadar muestra que un encéfalo que realiza tareas activas consume apenas un 5% más de energía que uno en reposo. Cuando llevamos a cabo una tarea exigente y orientada a un objetivo —como consultar el horario de autobuses en una ciudad nueva—, aumenta la tasa de activación neuronal en las regiones o redes cerebrales relevantes, como las encargadas del procesamiento visual y del lenguaje. Ese aumento justifica ese 5% adicional; el otro 95% se destina a las funciones metabólicas básicas del encéfalo.

Los investigadores no saben con exactitud cómo se reparte esa carga energética, pero en las últimas décadas han logrado esclarecer qué hace el encéfalo en segundo plano. “A mediados de los años 90 comenzamos, como disciplina, a darnos cuenta de que en realidad ocurren muchísimas cosas cuando alguien está tumbado en reposo y no está involucrado en ninguna tarea explícita”, explica. “Antes se pensaba que la actividad encefálica en reposo que no estaba relacionada con ninguna tarea era simplemente ruido, pero ahora sabemos que hay mucha información en ese supuesto ruido.”

Gran parte de esa señal procede de la red por defecto del encéfalo, que se activa cuando estamos en reposo o no involucrados en una actividad aparente. Esta red está implicada en la experiencia mental de ir y venir entre escenarios del pasado, presente y futuro —qué vas a preparar para cenar, un recuerdo de la semana pasada, un dolor en la cadera. Además, bajo ese iceberg que es la consciencia, el encéfalo supervisa un mosaico de variables físicas —temperatura corporal, nivel de glucosa en sangre, ritmo cardíaco, respiración, entre otras— que deben mantenerse estables, en un estado conocido como homeostasis, para garantizar nuestra supervivencia. Si alguna de estas variables se desvía demasiado, las consecuencias pueden ser graves en muy poco tiempo.

Theriault plantea que la mayor parte de la carga metabólica básica del encéfalo se dedica a la predicción. Para mantener la homeostasis, el encéfalo necesita estar constantemente anticipando lo que vendrá —construyendo un modelo sofisticado del entorno y de cómo los cambios pueden afectar a los sistemas biológicos del cuerpo. Según él, es la capacidad de predecir —más que de reaccionar— lo que permite al encéfalo distribuir eficazmente los recursos del cuerpo.

Las limitaciones evolutivas del encéfalo

Un aumento del 5% en el consumo de energía durante el pensamiento activo puede no parecer gran cosa, pero si se considera el contexto del cuerpo entero y el enorme apetito energético del encéfalo, la cifra adquiere importancia. Y si además se tienen en cuenta las estrictas limitaciones energéticas con las que vivían nuestros antepasados, el agotamiento que sentimos al final de un día exigente cobra mucho más sentido.

“El motivo por el que te sientes fatigado, al igual que ocurre tras una actividad física, no es porque te falten calorías para costear ese esfuerzo”, afirma Zahid Padamsey, neurocientífico de Weill Cornell Medicine-Qatar, que no ha participado en esta nueva investigación. “Es porque hemos evolucionado como sistemas muy tacaños… Evolucionamos en entornos con escasez de energía, por lo que detestamos gastar energía.”

El mundo moderno, en el que para muchas personas las calorías están disponibles en abundancia, contrasta fuertemente con las condiciones de escasez en las que evolucionó el Homo sapiens. Ese incremento del 5% en la tasa de gasto energético, si se mantiene durante 20 días de concentración activa y constante, puede equivaler a toda una jornada de energía cognitiva. Si el alimento escasea, esto podría suponer la diferencia entre la vida y la muerte.

“Este gasto puede acumularse de forma considerable con el tiempo si no se limita la tasa de consumo energético, por lo que creo que se trata, en gran parte, de un vestigio de nuestra herencia evolutiva”, añade Padamsey. De hecho, el encéfalo cuenta con mecanismos internos para evitar el sobreesfuerzo. “Se activan sistemas de fatiga que impiden que el consumo siga aumentando”, concluye.

Para comprender mejor estas limitaciones energéticas, en 2023 Padamsey revisó investigaciones sobre ciertas peculiaridades de la señalización eléctrica que apuntan a una tendencia evolutiva hacia la eficiencia energética. Por ejemplo, uno podría pensar que cuanto más rápido se transmite la información, mejor. Sin embargo, la velocidad óptima de transmisión del encéfalo es mucho más baja de lo que cabría esperar.

En teoría, la velocidad máxima a la que una neurona puede disparar y enviar información a su vecina es de 500 hercios. No obstante, si las neuronas realmente operaran a esa velocidad, el sistema se saturaría por completo. La tasa óptima de transmisión de información —es decir, la frecuencia máxima a la que las neuronas pueden seguir distinguiendo los mensajes de sus vecinas— es la mitad: unos 250 hercios.

Sin embargo, nuestras neuronas disparan, en promedio, a tan solo 4 hercios, lo que es entre 50 y 60 veces menos que la frecuencia óptima para transmitir información. Y aún más: muchas transmisiones sinápticas fallan. Incluso cuando una señal eléctrica llega a la sinapsis y la prepara para liberar moléculas hacia la siguiente neurona, esto ocurre solo en el 20% de los casos.

Esto se debe a que no hemos evolucionado para maximizar la cantidad total de información transmitida. “Hemos evolucionado para maximizar la información transmitida por cada molécula de ATP consumida”, explica Padamsey. “Y esa es una ecuación muy distinta.” Transmitir la mayor cantidad de información con el menor gasto energético posible (bits por ATP) sitúa la frecuencia de disparo neuronal óptima por debajo de los 10 hercios.

Desde una perspectiva evolutiva, el gran y sofisticado encéfalo humano ofreció un nivel de complejidad conductual sin precedentes —a un altísimo coste energético. Esta negociación constante, entre la flexibilidad e innovación de un encéfalo grande y las limitaciones energéticas de un sistema biológico, define tanto la forma en que nuestro encéfalo transmite información como la fatiga mental que sentimos tras periodos de concentración, y también el trabajo incesante que realiza para mantenernos con vida. Que sea capaz de hacer tanto dentro de sus limitaciones resulta, sencillamente, asombroso.

Nota del traductor: Si bien el texto original inglés emplea la misma palabra «brain» para referirse tanto al conjunto del encéfalo como al cerebro (que es una parte de él), en nuestra versión al castellano se ha distinguido claramente entre encéfalo y cerebro. Afirmar, por ejemplo, que el cerebro controla la homeostasis es equivalente a afirmar que el base de un equipo de baloncesto de primera división también se encarga de las compras de bebidas isotónicas y toallas.

Para saber más: Sistemas nervisos, una serie de Juan Ignacio Pérez Iglesias

El artículo original, How Much Energy Does It Take To Think?, se publicó el 4 de junio de 2025 en Quanta Magazine.

Traducido por César Tomé López