La plasticidad cerebral alcanza su mejor momento al final del día: un hallazgo clave para entender cómo aprende el cerebro
El cerebro no aprende igual a todas horas: sus conexiones se refuerzan con más facilidad en momentos muy concretos del día. Un estudio revela que esa ventana óptima podría ser la clave para entender cómo se forman los recuerdos.
Por Enrique Coperías
Una estudiante repasa sus apuntes al atardecer, el momento del día en el que, según nuevos estudios, la plasticidad cerebral alcanza uno de sus puntos más altos. Crédito: IA-DALL-E-Rexmolón-Producciones
La vieja intuición de que aprendemos mejor a determinadas horas del día acaba de recibir un espaldarazo desde el laboratorio. Un equipo de neurocientíficos de la Universidad de Tohoku, en Japón, ha encontrado evidencias de que la excitabilidad y la plasticidad de la corteza cerebral —la capacidad del cerebro para modificar la fuerza de sus conexiones— fluctúan en un ciclo de veinticuatro horas y alcanzan uno de sus puntos más altos al final de la fase de descanso.
En ratas, animales nocturnos, esto ocurre justo antes de ponerse el sol; en los seres humanos, que somos diurnos, la fase equivalente podría traducirse aproximadamente en el final de la tarde.
«Los circuitos neuronales no funcionan como sistemas electrónicos fijos —explicaron dos de los autores del estudio, Yoko Ikoma y Ko Matsui, ambos profesores de la Universidad de Tohoku. Y añaden—: Incluso cuando vemos la misma escena, lo que percibimos o recordamos depende en gran medida de nuestro estado interno en ese momento. Se cree que estas fluctuaciones en la capacidad de respuesta y la metaplasticidad se deben a los cambios diarios en los iones y las moléculas neuromoduladoras que rodean a las neuronas».
El hallazgo, publicado en la revista Neuroscience Research, se apoya en un despliegue técnico poco frecuente: los autores implantaron electrodos y fibras ópticas en el córtex visual primario (V1) de roedores transgénicos capaces de activar selectivamente sus neuronas mediante luz, una técnica conocida como optogenética.
Gracias a este método, pudieron medir durante días, con precisión milimétrica, cómo responde un mismo circuito neuronal cuando se le aplica siempre exactamente el mismo estímulo. Y la respuesta fue inequívoca: la corteza cerebral no se comporta igual a lo largo del día.
Qué descubrieron: la actividad cerebral sigue un ritmo diario muy marcado
La analogía con un circuito electrónico que se repite en el artículo original resulta engañosa. En apariencia, las redes neuronales deberían devolver siempre la misma señal ante un mismo estímulo. Pero el cerebro biológico, sumergido en un entorno químico que cambia constantemente, está lejos de ser un procesador rígido. Factores como el cansancio, la actividad previa, el sueño o el flujo de neuromoduladores pueden alterar profundamente el comportamiento de los circuitos.
Para poner a prueba esa variabilidad, el equipo japonés estimuló las neuronas del córtex visual primario con breves pulsos de luz azul —de solo cinco milisegundos— decenas de veces cada hora, a lo largo de tres días consecutivos. Cada uno de estos pulsos desencadenaba un patrón eléctrico característico, registrado a través de electrodos implantados en la zona. La clave estaba en si ese patrón se mantenía constante.
No lo hizo. Tras analizar centenares de señales, los investigadores observaron que la tercera fase de la respuesta eléctrica, asociada a la actividad sináptica local tras la estimulación, variaba de forma cíclica, describiendo algo muy parecido a una onda sinusoidal en un periodo de veinticuatro horas. Durante las horas previas al amanecer, la señal era débil; en las horas previas al anochecer, se fortalecía notablemente.
«Entre los factores que configuran este entorno interno se encuentran los ritmos fisiológicos que siguen un ciclo de veinticuatro horas, controlados por la interacción entre el reloj circadiano y el ciclo externo de luz y oscuridad. Aunque se sabe que estos ritmos afectan a muchos procesos biológicos, su influencia en la química cerebral, la excitabilidad neuronal y la plasticidad sigue siendo en gran medida desconocida», dice el tercer autor del trabajo, Yuki Donen.
Las ondas del cerebro también siguen un ritmo
El fenómeno no se reducía a un cambio de amplitud. Cuando los científicos analizaron la señal en el dominio de la frecuencia, descomponiéndola en las conocidas bandas delta, theta, alfa, beta y gamma, descubrieron que los cambios también seguían un ritmo diurno.
Las bandas delta, vinculadas a estados de somnolencia y sincronización cerebral profunda, y gamma, asociadas a procesos cognitivos y de integración sensorial, mostraban oscilaciones especialmente pronunciadas a lo largo del día.
Mediante análisis espectral, confirmaron que estas oscilaciones tenían un componente dominante de veinticuatro horas, lo que apuntaba a un ritmo circadiano o a una influencia marcada del ciclo luz/oscuridad.
La adenosina, una pista química sobre el cansancio
¿Qué explica que la corteza visual sea menos excitable a primera hora del día en ratas? La principal sospechosa es una vieja conocida: la adenosina, una molécula que se acumula cuando estamos despiertos y actúa como señal de fatiga para el cerebro.
La adenosina ejerce efectos inhibidores sobre la actividad neuronal, y niveles elevados se asocian con una menor capacidad de respuesta. Para comprobar su papel, los neurocientíficos administraron un fármaco bloqueador de los receptores A1 de adenosina, DPCPX, en dos momentos del ciclo: justo antes del amanecer y justo antes del anochecer.
El resultado fue tan revelador como asimétrico. Tras el bloqueo de adenosina a primera hora de la mañana, las respuestas neuronales aumentaron de forma clara. Pero al atardecer, cuando la excitabilidad ya era alta de forma natural, el fármaco no produjo cambios apreciables. Esto sugiere que la adenosina es uno de los factores que «suprime» la actividad cortical cuando la presión de sueño es máxima.
¿Cuándo aprende mejor el cerebro?
Más allá de cómo responde el cerebro a un estímulo puntual, los investigadores querían saber si la plasticidad, es decir, la capacidad de fortalecer conexiones sinápticas tras una estimulación repetida, también mostraba un ciclo. Para ello utilizaron un protocolo de estimulación en trenes de alta frecuencia (20 Hz durante cinco segundos), análogo a los que inducen potenciación a largo plazo (LTP), el mecanismo electrofisiológico que subyace al aprendizaje.
Los resultados fueron contundentes: el protocolo solo indujo cambios plásticos cuando se aplicó al amanecer, no al anochecer. Es decir, la corteza visual estaba más preparada para modificar sus conexiones en la fase del día en que, paradójicamente, era menos excitable.
🗣️ «Nuestro estudio examinó directamente cómo la hora del día altera la capacidad de respuesta neural en el cerebro de las ratas nocturnas. Estos hallazgos ayudan a explicar por qué la percepción, el aprendizaje y la fatiga varían a lo largo del día tanto en los animales como en los seres humanos», aseguran Ikoma y Matsui.
Este contraste no es una contradicción, sino una pista sobre cómo gestiona el cerebro la información. La excitabilidad define cuán fácil es generar una respuesta inmediata; la plasticidad, cuán fácil es cambiar el circuito. Ambas funciones pueden depender de mecanismos celulares distintos. Los autores citan trabajos previos que muestran que la adenosina puede reducir la actividad momentánea, pero a la vez favorecer la expresión de receptores NMDA, esenciales para formar nuevos recuerdos.
La plasticidad neuronal, base del aprendizaje y la memoria, alcanza un pico inesperado al final de la fase de descanso. Este descubrimiento abre nuevas vías para optimizar el estudio, la rehabilitación y las terapias cognitivas.
El cerebro como un órgano profundamente temporal
El estudio refuerza una idea cada vez más aceptada en neurociencia: los procesos cognitivos, la percepción sensorial y la memoria no son constantes a lo largo del día. Oscilan. La corteza visual —que solemos imaginar como un aparato estable, siempre listo para procesar información— parece estar regulada por un ritmo biológico interno, dependiente de moléculas como adenosina, y probablemente también de otras como la noradrenalina, la acetilcolina o la D-serina, cuyos niveles fluctúan con los ciclos sueño/vigilia.
«En animales de laboratorio, los cambios en la química cerebral y la excitabilidad pueden medirse con precisión a lo largo del día —afirmaron Ikoma y Matsui. Y continúan—: Mediante la modificación selectiva de estos factores, nuestro objetivo es identificar qué componentes son más importantes en la configuración de las fluctuaciones diarias de la actividad neuronal. Los estudios futuros también incorporarán diversas pruebas de comportamiento para determinar qué aspectos del procesamiento de la información son más sensibles a los efectos de la hora del día».
Estas oscilaciones podrían servir para optimizar recursos: momentos del día más adecuados para la exploración sensorial y la acción, y otros más propicios para consolidar recuerdos o ajustar la fuerza de las conexiones. En ratas —y quizá en nosotros— los periodos de baja excitabilidad podrían ser ventanas privilegiadas para la plasticidad, en parte porque coinciden con fases en las que el cerebro se prepara para reorganizarse después del descanso.
Implicaciones para el aprendizaje y la salud
Aunque el estudio se realizó en ratas, los autores señalan paralelismos con investigaciones en humanos que muestran variaciones circadianas en la excitabilidad cortical. Si estos ritmos también modulan nuestra capacidad para consolidar aprendizajes, podrían tener implicaciones prácticas: desde cuándo estudiar hasta cómo programar terapias de rehabilitación neuronal o intervenciones que dependen de la plasticidad, como la estimulación cerebral no invasiva.
Por ahora, sin embargo, la extrapolación debe ser prudente. La corteza visual de un roedor no es la humana, y la optogenética permite una precisión que no tiene equivalentes clínicos. Pero los resultados abren la puerta a una neurociencia cronobiológica, que tenga en cuenta que un circuito neuronal no se comporta igual por la mañana que por la tarde.
«Comprender estos ritmos es crucial para optimizar el aprendizaje, la memoria y las intervenciones terapéuticas de manera dependiente del tiempo», concluyen los autores del estudio. ▪️
Fuente: Yuki Donen, Yoko Ikoma, Ko Matsui. Diurnal modulation of optogenetically evoked neural signals. Neuroscience Research (2025). DOI: https://doi.org/10.1016/j.neures.2025.104981
