Unas ondas sorprendentemente complejas revelan el funcionamiento interno del encéfalo

Unos patrones inesperados que viajan por la corteza podrían estar reorganizando la actividad del encéfalo en tiempo real.

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

Me levanto de la cama. Recorro el pasillo en penumbra, pensando en qué hay en la nevera y en qué debería desayunar. Sin ningún esfuerzo real, me he desenvuelto en mi entorno, he accedido a mi memoria y he evaluado el estado energético de mi cuerpo, todo en cuestión de unos segundos. ¿Cómo es capaz el encéfalo de hacer todo esto?

En parte, aprovechando la electricidad. El encéfalo dedica aproximadamente la mitad de sus recursos energéticos a conservar los gradientes electroquímicos que mantienen a las neuronas listas para dispararse en cualquier momento. Esto otorga al encéfalo un grado extraordinario de flexibilidad para responder a las exigencias de la vida cotidiana. La actividad eléctrica colectiva de muchas neuronas puede verse como ondas que se propagan por el encéfalo de una región a la siguiente, igual que los brazos en alto de los espectadores entusiastas en un partido de fútbol.

Nuevas líneas de investigación están revelando que estas ondas son más complejas de lo que se sabía hasta ahora. Medidas habitualmente con electrodos, se habían identificado como ondas planas básicas: oscilaciones de la actividad neuronal con una estructura sencilla. Los neurocientíficos lo han interpretado tradicionalmente como algo parecido al sonido del motor del encéfalo al revolucionarse, poco más que una señal de que funciona. Sin embargo, las pruebas que van surgiendo en humanos y en animales indican que las ondas viajeras desempeñan un papel central en el funcionamiento del encéfalo.

«Los trabajos que están saliendo están llevando esta cuestión de “¿Son relevantes?” a “Este es un patrón fundamental de cómo la corteza procesa la información”», dice Earl K. Miller, neurocientífico cognitivo del Instituto de Tecnología de Massachusetts.

En un estudio publicado en abril de 2026 en Nature Communications, los neurocientíficos midieron ondas viajeras de actividad neuronal y observaron una variopinta colección de patrones: ondas fuente, que parecen emanar de un punto; ondas sumidero, que convergen en un lugar; y ondas espirales en forma de vórtice. El equipo, del que formaban parte Joshua Jacobs y Anup Das, de la Universidad de Chicago, descubrió que distintas tareas conductuales se asociaban a patrones de ondas diferentes.

Las neuronas pueden cambiar con el tiempo sus conexiones con las vecinas, pero esto suele ocurrir a escala de días o meses. La conducta, en cambio, necesita adaptarse en cuestión de segundos. Un número significativo de neurocientíficos cree ahora que estos patrones ondulatorios a gran escala podrían ayudar a reorganizar el encéfalo en tiempo real para satisfacer las exigencias conductuales de la vida en vigilia.

«Aunque la onda viajera fuera simplemente el resultado del disparo de las neuronas, como el sonido del motor, seguiría revelándonos algo muy interesante sobre el encéfalo en función de lo que esté haciendo la persona», afirma Jacobs. «Si ves un sonido que se desplaza en una dirección a lo largo del motor, significa que algo de tu motor tiene una organización direccional».

Idas y venidas

Ya en la década de 1920, los neurocientíficos medían la actividad eléctrica oscilatoria del encéfalo con electrodos colocados en la superficie del cuero cabelludo mediante electroencefalografía (EEG). Cuando prestamos atención, recordamos o dormimos, cambia la frecuencia a gran escala de la actividad eléctrica del encéfalo. Estas oscilaciones se conocen habitualmente como ondas alfa, beta, gamma y theta, y se miden en hercios.

Pero registrar la actividad eléctrica desde fuera del cráneo limita la fidelidad de la información que se puede reunir. El laboratorio de Jacobs se especializa en registros encefálicos intracraneales. A algunas personas con epilepsia grave se les pueden haber colocado electrodos dentro del encéfalo para ayudar a localizar el origen de sus crisis. Con unos 100 electrodos colocados en una región concreta del encéfalo y con el permiso del paciente, Jacobs y su equipo pueden captar datos de alta resolución, tanto en el espacio como en el tiempo, mientras los participantes realizan diversas tareas cognitivas.

Jacobs y su colaboradora Uma Mohan, que ahora es neuroingeniera en los Institutos Nacionales de la Salud de Estados Unidos, formaron parte de un equipo que empleó esta técnica para observar la actividad encefálica durante tareas de memoria. En un estudio publicado en 2024 en Nature Human Behaviour, describieron ondas que se movían en direcciones opuestas por la región más externa del encéfalo, la corteza. «Van de atrás hacia delante o de delante hacia atrás por el encéfalo», dice Jacobs.

Jacobs explica que una buena forma de entender este resultado es pensar que las ondas muestran la dirección en que se propaga la información. Las regiones visuales están en la parte posterior, y la corteza prefrontal, la región «de nivel superior» de la memoria, en la anterior. Si prestas atención a lo que estás mirando, las señales viajan hacia atrás desde los receptores de los ojos hasta la corteza visual y luego hacia delante, hacia el resto del encéfalo, a través de la onda, para formar un recuerdo. «La firma de eso es ver ondas que van de la parte posterior del encéfalo a la anterior», señala Jacobs.

«Pensamos que era una forma de que el encéfalo aprovechara esta organización para alternar entre las funciones de memoria de codificación y de recuperación en una escala de tiempo rápida, según lo que necesites que respalde tu encéfalo», explica Mohan.

Patrones cambiantes

La investigación de 2026 de Jacobs y Das complicó este panorama. Demostró que estas ondas pueden adoptar formas, patrones y ondulaciones mucho más diversos, que van mucho más allá de los que producen los simples movimientos de arriba abajo y de atrás hacia delante.

En el experimento, el equipo pidió a los participantes que realizaran dos tareas de memoria. La primera era un sencillo ejercicio de memoria verbal, en el que debían recordar palabras que habían visto en una pantalla. La segunda era una tarea espacial más compleja: debían desplazarse por un entorno virtual y recordar la ubicación de los objetos con los que se encontraban.

Con el método de alta resolución, Jacobs y Das observaron por primera vez dos nuevas clases de ondas en humanos despiertos. Una, que emanaba de una zona de la corteza, era una onda concéntrica, como las ondulaciones de un guijarro que cae en un lago, o la inversa, en la que las ondas convergían en una región. La otra era una onda espiral giratoria que se desplazaba en sentido horario o antihorario, como un huracán o el agua al tirar de la cadena del inodoro.

«Vemos la onda giratoria algo más a menudo en la tarea espacial que las ondas que vemos en la tarea verbal, que tienden a tener una estructura más sencilla», dice Jacobs. «Esto parece sugerir que estas ondas giratorias son mejores para llevar a cabo conductas de memoria más complejas».

Los investigadores llevan mucho tiempo haciendo registros intracraneales en humanos, explica Jacobs, pero a menudo solo examinaban un electrodo cada vez, o un puñado de ellos. Esto daba la impresión de que había ondas simples en toda la corteza externa. Jacobs se dio cuenta de que, si se examinan grupos de electrodos separados por las distancias adecuadas, la estructura y la direccionalidad de las ondas se aprecian con mayor claridad.

Jacobs se puso en contacto con Bard Ermentrout, biólogo matemático de la Universidad de Pittsburgh que había estado estudiando patrones similares en ratones. Ermentrout piensa que los patrones de ondas simples observados en el pasado quizá fueran en realidad parte de ondas más complejas. Sin embargo, hasta hace poco los investigadores no disponían de electrodos colocados en los lugares adecuados ni a la escala espacial correcta para captar el patrón más amplio.

«Quizá las ondas planas sean solo los brazos exteriores, donde te pierdes el ojo de la tormenta», afirma Ermentrout, coautor del artículo de abril de 2026. «En un huracán solo notas el viento en una dirección. No sabes que gira a menos que estés justo junto al ojo».

Como la investigación solo recoge datos de los lugares donde se han colocado electrodos a los pacientes como parte de su tratamiento de la epilepsia, «puede que se nos esté escapando lo ubicuos que son realmente estos patrones», afirma Jacobs.

Más que el motor

Aunque todavía no hay consenso sobre lo que pueden estar haciendo estas ondas en el campo eléctrico local del encéfalo, algunos científicos creen que ofrecen al encéfalo otra vía para coordinar la actividad entre regiones. Miller señala que estos patrones de ondas son mucho más dinámicos y flexibles que las conexiones estables, de carácter más arquitectónico, entre neuronas. Para Miller, tiene sentido que el encéfalo aproveche esta capa emergente de organización biofísica, que cambia y se desplaza en la misma escala temporal que la conducta.

«La arquitectura del encéfalo es muy importante y las ondas viajeras tienden a seguir la anatomía, pero no la siguen estrictamente. […] La conectividad es más bien como la información incorporada al encéfalo para su almacenamiento a largo plazo, y las ondas son el momento en que esa información se expresa en términos de pensamiento y procesamiento neuronal», explica Miller.

Las ondas podrían ser relevantes para diversas funciones encefálicas. Algunos estudios han hallado indicios de que intervienen en el procesamiento sensorial, la predicción y la modulación de la excitabilidad subyacente de las neuronas, haciendo que sea más o menos probable que se disparen cuando se las requiere.

Un artículo publicado en Science en junio de 2026 se hace eco de los resultados que obtuvieron Jacobs y su equipo en pacientes humanos con epilepsia. Los neurocientíficos Zhiwen Ye, de la Academia Médica de Investigación y Traslación de Shenzhen, y Nicholas Steinmetz, de la Universidad de Washington, también observaron ondas circulares giratorias, pero esta vez en encéfalos de ratones. Resulta fascinante que estas ondas aparecieran reflejadas y sincronizadas entre los hemisferios izquierdo y derecho. Además, en la corteza somatosensorial, donde la información de los sentidos se integra con los movimientos corporales, las neuronas, a través de sus axones, estaban conectadas entre sí en una disposición circular en espiral. Eso podría facilitar la producción de estas ondas similares a huracanes.

«Lo que descubrimos es que hay un circuito, una conexión de células que forman estas ondas y que median en ellas», dice Ye. «Si no son importantes, ¿por qué iba el encéfalo a conectar estas células de este modo?»

En un artículo de revisión publicado en septiembre de 2026 en Neuron, los autores principales, Lyle Muller, de la Universidad de Texas en Dallas, y John Reynolds, del Instituto Salk de Estudios Biológicos, se apoyaron en décadas de hallazgos neurocientíficos para defender que las ondas viajeras de la corteza visual podrían ayudar a predecir la información sensorial inminente. Describieron cómo los patrones cambiantes pueden transportar información sobre lo que el encéfalo acaba de experimentar junto con lo que está experimentando ahora, para ayudarlo a hacer predicciones a corto plazo sobre lo que probablemente experimentará a continuación.

Las ondas del campo eléctrico local pueden desempeñar un papel clave en la cognición, señala Miller, gracias a su capacidad de excitar o inhibir la maquinaria neuronal subyacente. Describe las neuronas de la corteza como «Humpty Dumpty sentado en un muro», tambaleándose justo al borde de dispararse. Esta actividad eléctrica oscilante puede alterar el gradiente de voltaje en las sinapsis que conectan las neuronas, lo que hace que sea más o menos probable que se disparen en el futuro.

No todo el mundo da por buena la hipótesis de que las ondas viajeras del campo eléctrico local desempeñan un papel en la forma en que el encéfalo procesa la información. Para György Buzsáki, neurocientífico de sistemas de la Universidad de Nueva York, las ondas son meramente un reflejo de lo que ocurre por debajo, en el nivel sináptico. Cuantas más neuronas hay y más sincrónicas son, más intensos serán el campo eléctrico y las oscilaciones en él. Según Buzsáki, los patrones pueden decirnos cosas interesantes sobre los circuitos subyacentes, pero no mucho más. «La corriente que se genera la producen las sinapsis», dice. «Cuando la corriente entra en la neurona, esta realiza sus cálculos, genera sus potenciales de acción y se comunica con las demás. No hace falta que ocurra nada en el espacio extracelular».

Aunque la verdadera naturaleza de lo que hacen estas ondas, si es que hacen algo, no está del todo resuelta, cada vez hay más pruebas de que podrían ser importantes para la manera en que el encéfalo organiza, procesa y expresa la información en tiempo real.

«La biología aprovecha la regularidad y la previsibilidad, y estas ondas hacen cosas organizadas y predecibles en asociación con funciones cognitivas», dice Miller. «Si eso no te dice que está pasando algo, no sé qué lo hará».

El artículo original, Surprisingly Complex Waves Reveal the Brain’s Inner Workings, se publicó el 30 de septiembre de 2026 en Quanta Magazine.

Traducido por César Tomé López