Estudio: El aprendizaje en el cerebro funciona con la segunda ley de la termodinámica

Cerebro y Neurociencias

Por Sophimania Redacción
8 de Febrero de 2017 a las 10:36
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Estudio: El aprendizaje en el cerebro funciona con la segunda ley de la termodinámica
Foto: Quo

Para un grupo de científicos de la Universidad Stuttgart en Alemania, el aprendizaje de nuestro cerebro podría estar controlado por las mismas leyes que rigen la formación de las estrellas y la evolución del Universo. El estudio publicado en  Physical Review Letters demuestra que, a nivel neuronal, el proceso de aprendizaje podría estar limitado por las leyes de la termodinámica.

"La mayor importancia de nuestro trabajo es que llevamos la segunda ley de la termodinámica al análisis de redes neuronales", dijo el investigador principal Sebastian Goldt. La segunda ley de la termodinámica es una de las leyes de física más famosas que tenemos, y afirma que la entropía total de un sistema aislado siempre aumenta con el tiempo.

La entropía es una cantidad termodinámica que mide el desorden en un sistema. Esto significa que, sin energía adicional añadida, las transformaciones no pueden ser revertidas y que habrá más desorden de manera progresiva, porque es más eficiente de esa manera. La entropía es actualmente la principal hipótesis de por qué la flecha del tiempo solo marcha hacia delante.

Pero, ¿qué tiene que ver esto con la manera en que nuestros cerebros aprenden? Al igual que el enlace de los átomos y la disposición de las partículas de gas en las estrellas, nuestros cerebros están diseñados para encontrar la forma más eficiente de organizarse. "La segunda ley es una declaración muy poderosa sobre cuáles son las transformaciones posibles, y el aprendizaje es una transformación de una red neuronal a expensas de la energía", explicó Goldt.

"Prácticamente todos los organismos recopilan información sobre su ambiente ruidoso y construyen modelos a partir de esos datos, principalmente utilizando redes neuronales", se lee en el estudio. Lo que los investigadores estaban buscando es cómo las neuronas filtran el ruido, y solo responden a importantes entradas sensoriales. Basaron sus modelos en algo llamado teoría Hebbiana, que explica cómo las neuronas se adaptan durante el proceso de aprendizaje. Esta teoría es conocida por el dicho "células que disparan juntas, se conectan", que significa que si las células disparan al mismo momento o con el mismo patrón, los pensamientos resultantes se refuerzan y se mantienen en nuestros cerebros.

Utilizando este modelo, el equipo demostró que la eficiencia de aprendizaje estaba limitada por la producción de entropía total de una red neuronal. Se dieron cuenta de que cuanto más lenta una neurona aprende, menos calor y entropía produce, lo que aumenta su eficiencia. Estos resultados particulares sólo pueden aplicarse a algoritmos de aprendizaje simples que no usen retroalimentación.

Sin embargo, este estudio logra poner una nueva perspectiva en el estudio del aprendizaje, y proporciona pruebas de que nuestras neuronas siguen las mismas leyes termodinámicas que el resto del Universo. Tampoco son los primeros en pensar en nuestros cerebros en términos de termodinámica. El año pasado, un equipo de Francia y Canadá propuso que la conciencia podría ser simplemente un efecto secundario de la entropía, y nuestros cerebros organizándose de la manera más eficiente.

"Encontramos un resultado sorprendentemente simple: los estados de vigilia normales se caracterizan por el mayor número de configuraciones posibles de interacciones entre redes cerebrales, que representan valores de entropía más altos", escribieron en ese momento.

Aún estamos muy lejos de entender cómo funcionan nuestros cerebros, y estos son solo dos estudios de muchos que han intentado identificar por qué nuestras neuronas se conectan y funcionan de la manera que lo hacemos.

 

FUENTE: Science Alert


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