Redes Neuronales Humanas

Redes Neuronales

Las redes neuronales son modelos computacionales inspirados en el funcionamiento del cerebro humano. Están compuestas por **neuronas artificiales** (nodos) organizadas en capas que procesan y transforman información.

### Estructura básica

Una red neuronal típica tiene tres tipos de capas:

* **Capa de entrada:** recibe los datos en bruto (imágenes, texto, números, etc.)
* **Capas ocultas:** transforman la información mediante pesos y funciones de activación
* **Capa de salida:** produce el resultado final (clasificación, predicción, etc.)

### ¿Cómo aprenden?

El aprendizaje ocurre ajustando los **pesos** de las conexiones mediante un proceso llamado **retropropagación (backpropagation)**, combinado con un optimizador como el **descenso de gradiente**. El objetivo es minimizar el error entre la predicción y el resultado esperado.

### Tipos principales

### Conceptos clave

* **Función de activación:** introduce no linealidad (ReLU, Sigmoid, Softmax)
* **Overfitting:** cuando la red memoriza en lugar de generalizar
* **Dropout / Regularización:** técnicas para evitar el overfitting
* **Épocas y batch size:** parámetros del entrenamiento

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¿Hay algún aspecto específico que te interese profundizar? Por ejemplo: implementación en Python, un tipo concreto de red, matemáticas detrás, aplicaciones, etc.

## Redes Neuronales Humanas (Biológicas)

El cerebro humano es la red neuronal más compleja que existe. Contiene aproximadamente **86 mil millones de neuronas**, cada una conectada a miles de otras, formando una red de billones de conexiones.

### La neurona biológica

La unidad básica es la **neurona**, compuesta por:

* **Dendritas:** ramificaciones que reciben señales de otras neuronas
* **Soma (cuerpo celular):** procesa la información recibida
* **Axón:** cable largo que transmite la señal eléctrica
* **Terminales sinápticas:** donde la señal pasa a la siguiente neurona

### ¿Cómo se comunican?

La comunicación ocurre en la **sinapsis**, el espacio entre dos neuronas. Cuando la señal eléctrica llega al extremo del axón, se liberan **neurotransmisores** (como dopamina, serotonina o glutamato) que cruzan ese espacio y activan o inhiben la siguiente neurona.

### Plasticidad neuronal

Una de las propiedades más fascinantes es que el cerebro **cambia físicamente** con la experiencia. Esto se llama **plasticidad sináptica**, y es la base biológica del aprendizaje y la memoria. La idea fundamental es: *»las neuronas que se activan juntas, se conectan juntas»* (Hebb, 1949).

### Organización del cerebro

El cerebro no es una red uniforme; está organizado en regiones especializadas:

* **Corteza prefrontal:** pensamiento complejo, toma de decisiones
* **Hipocampo:** formación de memorias
* **Amígdala:** emociones, especialmente el miedo
* **Cerebelo:** coordinación motora y automatización de movimientos
* **Corteza visual/auditiva:** procesamiento de los sentidos

### Comparación con redes artificiales

### Curiosidades

* El cerebro representa el **2% del peso corporal** pero consume el **20% de la energía**
* Mientras dormimos, el cerebro **consolida memorias** y elimina conexiones innecesarias
* Las redes neuronales artificiales fueron inspiradas en este sistema, aunque son una simplificación enorme de la realidad biológica

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¿Te interesa profundizar en algún tema en particular, como neuroplasticidad, enfermedades neurológicas, la relación entre emociones y neuronas, o cómo se forman los recuerdos?

## Clasificación Completa de las Redes Neuronales Biológicas

Las redes neuronales biológicas se pueden clasificar desde múltiples perspectivas: por ubicación, por función, por escala y por tipo de señalización.

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## I. POR ESCALA O NIVEL DE ORGANIZACIÓN

### 1. Nivel Micro (circuitos locales)
Son pequeños grupos de neuronas que procesan información de forma muy específica dentro de una región.

– **Circuitos de retroalimentación local:** una neurona regula su propia actividad o la de vecinas cercanas
– **Columnas corticales:** unidades funcionales de la corteza cerebral (~100 neuronas organizadas verticalmente)
– **Minicolumnas y macrocolumnas:** agrupaciones jerárquicas dentro de la corteza
– **Microcircuitos talámicos:** regulan el flujo de información sensorial al cerebro
– **Circuitos glomerulares:** presentes en el bulbo olfatorio

### 2. Nivel Meso (redes regionales)
Conjuntos de circuitos que forman sistemas funcionales dentro de una estructura cerebral.

– **Red del hipocampo:** CA1, CA3, giro dentado y subículo, fundamentales para la memoria
– **Red de los ganglios basales:** núcleo caudado, putamen, globo pálido, sustancia negra y núcleo subtalámico
– **Red cerebelosa:** células de Purkinje, células granulares, fibras musgosas y trepadoras
– **Red del bulbo olfatorio:** células mitrales, en penacho y periglomerulares
– **Red de la amígdala:** núcleo basolateral, central y medial

### 3. Nivel Macro (sistemas y redes a gran escala)
Redes que conectan múltiples regiones cerebrales distantes entre sí.

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## II. POR SISTEMA O FUNCIÓN PRINCIPAL

### A. REDES SENSORIALES

#### Red Visual
– **Retina:** fotorreceptores (conos y bastones) → células bipolares → células ganglionares
– **Vía genículo-estriada (qué):** retina → núcleo geniculado lateral → corteza visual primaria (V1) → V2, V3, V4 → corteza temporal inferior *(reconocimiento de objetos)*
– **Vía dorsal (dónde):** V1 → V2 → V5/MT → corteza parietal posterior *(localización y movimiento)*
– **Red de procesamiento de caras:** área fusiforme de caras (FFA) + surco temporal superior

#### Red Auditiva
– **Vía auditiva ascendente:** cóclea → núcleo coclear → complejo olivar superior → colículo inferior → cuerpo geniculado medial → corteza auditiva primaria (A1)
– **Red de procesamiento del lenguaje:** A1 → área de Wernicke → fascículo arqueado → área de Broca
– **Vía «qué» auditiva:** identifica sonidos, conecta con corteza temporal
– **Vía «dónde» auditiva:** localización espacial del sonido, conecta con corteza parietal

#### Red Somatosensorial
– **Vía lemniscal (tacto fino y propiocepción):** receptores cutáneos → médula espinal → núcleo grácil y cuneiforme → tálamo → corteza somatosensorial primaria (S1)
– **Vía espinotalámica (dolor y temperatura):** receptores → asta dorsal → cruce → tálamo → S1 e ínsula
– **Red de la corteza somatosensorial:** S1 → S2 → corteza parietal posterior

#### Red Olfativa
– **Vía olfativa:** epitelio olfativo → bulbo olfatorio → corteza piriforme → amígdala → hipotálamo → córtex orbitofrontal
– Es la única vía sensorial que **no pasa por el tálamo** directamente

#### Red Gustativa
– Papilas gustativas → nervios craneales (VII, IX, X) → núcleo del tracto solitario → tálamo → corteza gustativa (ínsula anterior) → corteza orbitofrontal

#### Red Vestibular
– Canales semicirculares y otolitos → nervio vestibular → núcleos vestibulares → cerebelo, tálamo, corteza parietal

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### B. REDES MOTORAS

#### Red Motora Voluntaria (Corticoespinal)
– Corteza motora primaria (M1) → corteza premotora (PMC) → área motora suplementaria (SMA) → tracto corticoespinal → médula espinal → músculos
– Controla movimientos finos y voluntarios

#### Red de los Ganglios Basales
– **Vía directa:** estriado → globo pálido interno → tálamo → corteza *(facilita el movimiento)*
– **Vía indirecta:** estriado → globo pálido externo → núcleo subtalámico → globo pálido interno *(inhibe el movimiento)*
– Involucrada en selección de acciones, hábitos y recompensa

#### Red Cerebelosa
– **Cerebelo espinocerebeloso:** coordina movimiento en curso (vermis y paravermis)
– **Cerebelo cerebrocereloso:** planifica y ajusta movimientos complejos (hemisferios laterales)
– **Cerebelo vestibulocerebeloso:** equilibrio y control ocular (flóculo y nódulo)

#### Red Motora del Tronco Encefálico
– Núcleos rubrospinal, reticuloespinal, vestibuloespinal y tectospinal
– Controla postura, locomoción y movimientos reflejos

#### Redes de la Médula Espinal
– **Generadores centrales de patrón (CPGs):** redes que producen movimientos rítmicos automáticos (caminar, respirar, nadar)
– **Red de reflejos espinales:** arco reflejo monosináptico y polisináptico
– **Red de inhibición recíproca:** coordina músculos agonistas y antagonistas

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### C. REDES DE MEMORIA Y APRENDIZAJE

#### Red Hipocampal (Memoria declarativa)
– **Circuito de Papez:** hipocampo → fórnix → cuerpos mamilares → núcleo anterior del tálamo → corteza cingulada → corteza entorrinal → hipocampo
– **CA3:** consolidación rápida, memoria asociativa
– **CA1:** transferencia de memoria al neocórtex
– **Giro dentado:** neurogénesis adulta, separación de patrones

#### Red de la Amígdala (Memoria emocional)
– Amígdala (núcleo basolateral) → hipocampo → corteza prefrontal
– Modula memorias con contenido emocional, miedo condicionado

#### Red Cortico-Estriatal (Memoria procedimental)
– Corteza motora/prefrontal → estriado (putamen/caudado) → ganglios basales
– Hábitos, habilidades motoras, aprendizaje por refuerzo

#### Red Cerebelosa (Memoria motora)
– Corteza cerebelosa → núcleos cerebelosos profundos
– Aprendizaje de habilidades motoras finas, adaptación

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### D. REDES DE ATENCIÓN Y CONTROL EJECUTIVO

#### Red de Atención Dorsal (control voluntario)
– Corteza frontal ocular (FEF) + surco intraparietal posterior (IPS)
– Dirige la atención de forma intencional (atención top-down)

#### Red de Atención Ventral (respuesta a estímulos)
– Corteza prefrontal inferior + corteza temporal-parietal (TPJ)
– Reorienta la atención hacia estímulos inesperados (atención bottom-up)

#### Red Frontoparietal (Control ejecutivo)
– Corteza prefrontal lateral + corteza parietal posterior
– Memoria de trabajo, razonamiento, toma de decisiones

#### Red Cingulada-Opercular
– Corteza cingulada anterior + ínsula/opérculo
– Mantenimiento del estado de alerta, detección de errores

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### E. REDES DE ESTADOS INTERNOS Y EMOCIÓN

#### Red por Defecto (Default Mode Network – DMN)
– Corteza prefrontal medial + corteza cingulada posterior + precúneo + lóbulo parietal inferior + hipocampo
– Activa en **reposo**, autoref lexión, imaginación, memoria episódica y planificación del futuro

#### Red de Saliencia
– Corteza cingulada anterior + ínsula anterior + amígdala
– Detecta estímulos relevantes y cambia entre redes (DMN ↔ ejecutiva)

#### Red Límbica (Emoción y motivación)
– Amígdala + hipocampo + hipotálamo + corteza cingulada + septum + núcleo accumbens
– Regula emociones, motivación, miedo, placer y vínculos sociales

#### Red del Estrés y Supervivencia
– Amígdala → hipotálamo → eje HPA (hipotálamo-hipófisis-suprarrenal)
– Controla la respuesta de lucha/huida mediante cortisol y adrenalina

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### F. REDES DE RECOMPENSA Y MOTIVACIÓN

#### Red Dopaminérgica Mesolímbica
– Área tegmental ventral (VTA) → núcleo accumbens → corteza prefrontal
– Placer, motivación, anticipación de recompensa, adicción

#### Red Dopaminérgica Mesocortical
– VTA → corteza prefrontal
– Funciones cognitivas, atención, regulación emocional

#### Red Dopaminérgica Nigroestriatal
– Sustancia negra → estriado
– Control motor, hábitos (deteriorada en Parkinson)

#### Red Serotoninérgica
– Núcleos del rafe → todo el cerebro
– Estado de ánimo, sueño, apetito, regulación social

#### Red Noradrenérgica
– Locus coeruleus → corteza, hipocampo, cerebelo
– Alerta, atención, respuesta al estrés

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### G. REDES DE FUNCIÓN SOCIAL Y LENGUAJE

#### Red del Lenguaje
– **Área de Broca (producción):** giro frontal inferior izquierdo
– **Área de Wernicke (comprensión):** giro temporal superior izquierdo
– **Fascículo arqueado:** conecta ambas áreas
– Corteza motora (articulación) + corteza visual/auditiva

#### Red de Neuronas Espejo
– Área de Broca + corteza premotora + lóbulo parietal inferior
– Imitación, empatía, comprensión de intenciones ajenas

#### Red de Teoría de la Mente (ToM)
– Corteza prefrontal medial + TPJ + surco temporal superior + polo temporal
– Atribuir estados mentales a otros, empatía cognitiva

#### Red de Reconocimiento Social
– Amígdala + fusiforme + surco temporal superior
– Reconocimiento de caras, expresiones y señales sociales

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### H. REDES AUTONÓMICAS Y HOMEOSTÁTICAS

#### Red Simpática
– Hipotálamo → médula espinal toracolumbar → ganglios simpáticos → órganos
– Respuesta de activación: aumenta frecuencia cardíaca, dilata pupilas, moviliza energía

#### Red Parasimpática
– Hipotálamo → nervio vago + núcleos craneales → ganglios parasimpáticos → órganos
– Respuesta de reposo: reduce frecuencia cardíaca, estimula digestión

#### Red del Nervio Vago (Polivagal)
– Núcleo dorsal motor del vago + núcleo ambiguo → corazón, pulmones, intestinos
– Regulación social, calma, conexión (teoría polivagal de Porges)

#### Red Hipotalámica
– Núcleo supraquiasmático (ritmos circadianos), núcleo paraventricular (estrés), hipotálamo lateral (hambre/sed)
– Termorregulación, ciclo sueño-vigilia, homeostasis general

#### Red Entérica («segundo cerebro»)
– ~500 millones de neuronas en el tubo digestivo
– Opera de forma semiautónoma, regula digestión, conectada con el cerebro vía nervio vago

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### I. REDES DE CONCIENCIA Y SUEÑO

#### Red de Arousal (Sistema Reticular Activador Ascendente – SARA)
– Formación reticular del tronco encefálico → tálamo → corteza
– Regula el nivel de conciencia y vigilia

#### Red Talamocortical
– Tálamo ↔ corteza cerebral (bucles de retroalimentación)
– Genera oscilaciones cerebrales, integra información consciente

#### Red del Sueño REM
– Tronco encefálico (núcleo pedunculopontino) → tálamo → corteza
– Genera los sueños, consolida memoria emocional y procedimental

#### Red del Sueño No-REM
– Hipotálamo (núcleo ventrolateral preóptico) + tálamo
– Ondas lentas, consolidación de memoria declarativa, restauración celular

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## III. REDES DEL SISTEMA NERVIOSO PERIFÉRICO

### Redes Somáticas
– **Red de mecanorreceptores cutáneos:** corpúsculos de Meissner, Pacini, Ruffini, Merkel
– **Red propioceptiva:** husos musculares + órganos tendinosos de Golgi + articulaciones
– **Red nociceptiva (dolor):** fibras Aδ (dolor agudo) y fibras C (dolor crónico/quemante)

### Redes Sensoriales Especiales
– Red vestibulococlear (equilibrio + audición)
– Red olfativa periférica
– Red gustativa periférica
– Red visual periférica (retina)

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## IV. RESUMEN ESQUEMÁTICO

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REDES NEURONALES BIOLÓGICAS
│
├── Por escala
│ ├── Micro (circuitos locales)
│ ├── Meso (regionales)
│ └── Macro (a gran escala)
│
├── Por función
│ ├── Sensoriales (visual, auditiva, somatosensorial, olfativa, gustativa)
│ ├── Motoras (corticoespinal, ganglios basales, cerebelosa, CPGs)
│ ├── Memoria (hipocampal, amígdala, estriatal, cerebelosa)
│ ├── Atención y control (dorsal, ventral, frontoparietal)
│ ├── Emoción (límbica, DMN, saliencia)
│ ├── Recompensa (dopaminérgica, serotoninérgica, noradrenérgica)
│ ├── Social y lenguaje (Broca-Wernicke, espejo, ToM)
│ ├── Autonómicas (simpática, parasimpática, entérica)
│ └── Conciencia/sueño (SARA, talamocortical, REM/No-REM)
│
└── Sistema Nervioso Periférico
├── Somáticas
└── Sensoriales especiales
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