El cerebro humano es un multiverso de once dimensiones

Los científicos que estudian el cerebro han descubierto que el órgano opera en hasta 11 dimensiones diferentes, creando estructuras de tipo multiverso que son “un mundo que nunca habíamos imaginado”.

Mediante el uso de un sistema matemático avanzado, los investigadores fueron capaces de descubrir estructuras arquitectónicas que aparecen cuando el cerebro tiene que procesar la información, antes de que se desintegren por completo.

Sus hallazgos, publicados en la revista Frontiers in Computational Neuroscience, revelan los procesos enormemente complicados involucrados en la creación de estructuras neurales, ayudando potencialmente a explicar por qué el cerebro es tan difícil de entender y encontrar las relaciones de sus estructuras con sus funciones.

El equipo, liderado por científicos de la EPFL, Suiza, llevó a cabo las investigaciones como parte del proyecto Blue Brain, una iniciativa para crear una reconstrucción biológicamente detallada del cerebro humano. Trabajando inicialmente en cerebro de roedores, el equipo usó simulaciones de supercomputadores para estudiar las interacciones complejas dentro de diferentes regiones.

En el último estudio, los investigadores estudiaron las estructuras de las redes neuronales dentro del cerebro utilizando la topología algebraica, un sistema utilizado para describir redes con espacios y estructuras en constante cambio. Esta es la primera vez que esta rama de las matemáticas ha sido aplicada a la neurociencia.

“La topología algebraica es como un telescopio y un microscopio al mismo tiempo, puede ampliar las redes para encontrar estructuras ocultas -como si se tratase de árboles en el bosque- y ver los espacios vacíos entre ellas -los claros en el mismo bosque-, todo al mismo tiempo”, escribió la autora del estudio Kathryn Hess.

En el estudio, los investigadores llevaron a cabo múltiples pruebas en el tejido cerebral virtual para encontrar estructuras cerebrales que nunca aparecerían por casualidad. A continuación, llevaron a cabo los mismos experimentos sobre el tejido cerebral real para confirmar sus hallazgos virtuales.

Descubrieron que cuando presentaban el tejido virtual con estímulo, grupos de neuronas formaban un grupo interconectado (clique). Cada neurona se conecta a cada otra neurona de una manera muy específica para producir un objeto geométrico preciso. Cuantas más neuronas en una clique, más altas son las dimensiones.

En algunos casos, los investigadores descubrieron cliques con hasta 11 dimensiones diferentes. Además, las estructuras ensambladas formaron recintos para agujeros de gran dimensión que el equipo ha denominado cavidades pero una vez que el cerebro ha procesado la información, los cliques y la cavidades desaparecen.

“La aparición de cavidades de alta dimensionalidad cuando el cerebro está procesando información significa que las neuronas de la red reaccionan a los estímulos de una manera extremadamente organizada”, dijo uno de los investigadores, Ran Levi.

“Es como si el cerebro reaccionara a un estímulo construyendo y luego arrasando una torre de bloques multidimensionales, comenzando con barras (1D), luego tablas (2D), luego cubos (3D) y luego geometrías más complejas (4D, 5D, 6D). La progresión de la actividad a través del cerebro se asemeja a un castillo de arena multidimensional que se materializa fuera de la arena y luego se desintegra “, dijo.

Henry Markram, director del Blue Brain Project, dijo que los resultados podrían ayudar a explicar por qué el cerebro es tan difícil de entender. “Las matemáticas que usualmente se aplicaban al estudio de estas redes, no podían detectar las estructuras y espacios de alta dimensión que ahora vemos claramente”, dijo.

“Encontramos un mundo que nunca habíamos imaginado, hay decenas de millones de estos objetos, incluso en una pequeña partícula del cerebro, hasta siete dimensiones, y en algunas redes encontramos incluso estructuras de hasta once dimensiones”.

Los hallazgos indican que el cerebro procesa los estímulos creando estos cliques y estas cavidades, por lo que el siguiente paso será averiguar si nuestra capacidad de realizar tareas complicadas requiere la creación de estas estructuras multidimensionales.

“En trabajos futuros nos proponemos estudiar el papel de la plasticidad -el fortalecimiento y el debilitamiento de las conexiones en respuesta a los estímulos- con las herramientas de la topología algebraica. La plasticidad es fundamental para el misterioso proceso de aprendizaje y esperamos que podamos proporcionar una nueva visión de este fenómeno”, añadió.

• Artículo original en Frontiers in Computational Neuroscience.
• Con información de Newsweek. 
• Selección, traducción y notas del Colectivo Alterius.