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Es posible relacionar las interacciones sinápticas de las neuronas con ecuaciones físicas

Así funciona el cerebro humano según la física

Decían los antiguos filósofos que, en realidad, sólo existen unas pocas leyes universales, y con ellas se puede conocer todo lo que existe. Ahora, investigadores de la Universidad de Granada han planteado la posibilidad de explicar el funcionamiento de las neuronas por medio de las leyes de la  física. Los resultados se han publicado en Scientific Reports, que edita la revista Nature.

Según detallan los investigadores Joaquín Torres y Joaquín Marro, de la UGR, es posible relacionar las interacciones sinápticas de las neuronas con ecuaciones físicas. Gracias a su trabajo han podido determinar un modelo basado en redes de neuronas matemáticas que imitan las redes neuronales naturales que constituyen nuestro cerebro.

El modelo consta de hasta siete fases, equivalentes a comportamientos cualitativamente distintos de la mente humana. Las variaciones en estos comportamientos se relacionan con las variaciones de un parámetro denominado “D”, que es el que describe el nivel de “ruido”. Se entiende este “ruido” como todas las señales que provienen del otras partes del sistema nervioso o del exterior, y que se muestran en apariencia de forma aleatoria.

En las fases del modelo se incluyen distintos estados mentales como la recuperación de memoria, el reposo completo o discontinuo, distintos grados de sincronización neuronal y situaciones muy dinámicas similares a nuestros estados de vigilia y atención.

Según explican los investigadores: “Los físicos sabemos describir con fidelidad matemática situaciones singulares que genéricamente denominan cambios de fase. Es el caso del agua cuando se solidifica, adoptando una estructura tan diferente de la de partida que ya no hablamos de agua, y cuando se hace vapor, que puede extenderse sin límite por todo el espacio aunque apenas haya cambiado de volumen al ir calentándola hasta llegar a esa situación”.

El trabajo explica que en la naturaleza no se da el equilibrio termodinámico ideal, sino irregularidades temporales y espaciales que también están presentes en los fenómenos que se asocian al cambio de fase, algo que ocurre igualmente en los cerebros evolucionados, “como se ha hecho evidente en estudios recientes usando resonancias magnéticas, tomografía por emisión de positrones, encelografías y delicadas sondas“, explican Torres y Marro.

Un ejemplo de esto se ha podido comprobar con un sencillo experimento psicofísico. Por medio de soplos suaves de aire sobre los ojos se trata de estimular el cerebro, y monitorizar cómo se propaga la señal por nuestra red neuronal, al tiempo que compite con el “ruido”, que podría ser sencillamente un sonido de intensidad variable. Se supone que al recibir el soplo de aire sobre los ojos el cerebro reaccionará sincronizando parpadeos como respuesta de defensa. Sin embargo, el ruido puede afectar la sincronización, y hacer que el cerebro no sea capaz de sincronizar el parpadeo adecuadamente.

El estudio también demuestra la robustez de este modelo, y pretenden adaptarlo “para comprender cómo cambian esos fenómenos emergentes relacionados con funciones mentales, al considerar distintas mallas de interacciones según los datos que están siendo disponibles para especies animales distintas. Quizá el camino nos lleve a averiguar qué nos hace a los humanos diferentes en lo que al cerebro se refiere“, explican.

Fuente: UGR

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