Neurólogos encuentran estructuras geométricas neuronales de hasta 11 dimensiones

Cerebro y Neurociencias

Por Sophimania Redacción
13 de Junio de 2017 a las 08:09
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Neurólogos encuentran estructuras geométricas neuronales de hasta 11 dimensiones
Ilustración conceptual de redes neuronales (i) y topología neuronal (d). Foto: Blue Brain Project

Los neurólogos investigadores del Blue Brain Project, una iniciativa de investigación suiza dedicada a la construcción de una reconstrucción del cerebro humano basada en supercomputadoras, han utilizado una rama clásica de las matemáticas para mirar en la estructura de nuestro cerebro. Lo que han descubierto es que el cerebro está lleno de estructuras geométricas multidimensionales que funcionan hasta en 11 dimensiones.

Estamos acostumbrados a pensar en el mundo desde una perspectiva tridimensional, por lo que esto puede sonar un poco difícil, pero los resultados de este nuevo estudio podrían ser el siguiente paso importante en la comprensión de la estructura del cerebro humano.

El equipo utilizó topología algebraica, una rama de las matemáticas usada para describir las propiedades de los objetos y de los espacios sin importar cómo cambian sus formas. Encontraron que los grupos de neuronas conectan en "cliques", y que el número de neuronas aumenta en tamaño en la forma de un objeto geométrico de alta dimensionalidad. El estudio se publicó en Frontiers of Computational Neuroscience.

"Encontramos un mundo que nunca habíamos imaginado", dice el investigador principal, el neurocientífico Henry Markram del instituto EPFL en Suiza. "Hay decenas de millones de estos objetos, incluso en una pequeña partícula del cerebro, en siete dimensiones. En algunas redes, incluso, encontramos estructuras con hasta 11 dimensiones".

Se calcula que los cerebros humanos tienen 86 mil millones de neuronas, con múltiples conexiones a cada tejido celular en todas las direcciones posibles. Para realizar las pruebas matemáticas, el equipo utilizó un modelo detallado del neocórtex que el equipo del Blue Brain Project publicó en 2015. Se cree que el neocórtex es la parte evolucionada más recientemente de nuestro cerebro, y la que está involucrada en funciones de nivel superior.  Después de desarrollar su marco matemático y probarlo en algunos estímulos virtuales, el equipo confirmó sus resultados en tejido cerebral real en ratas.

"Encontramos un número notablemente elevado y variedad de cliques y cavidades dirigidas de alta dimensionalidad  que no se habían visto antes en las redes neuronales, ya sea biológicas o artificiales", escribe el equipo en el estudio. "La topología algebraica es como un telescopio y un microscopio al mismo tiempo", dice uno de los miembros de la equipo, la matemática Kathryn Hess de EPFL.

Esas clarificaciones o cavidades parecen ser críticamente importantes para la función cerebral. Cuando los investigadores dieron a su tejido cerebral virtual un estímulo, vieron que las neuronas reaccionaban a él de una manera altamente organizada.

Estos hallazgos proporcionan una nueva imagen de cómo el cerebro procesa la información, pero los investigadores señalan que aún no está claro qué hace que las camarillas y las cavidades se formen en estos objetos específicos.

Se necesitará más trabajo para determinar cómo la complejidad de estas formas geométricas multidimensionales formadas por nuestras neuronas se correlaciona con la complejidad de diversas tareas cognitivas.

 

FUENTE: ScienceAlert

 

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