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El cerebro humano es capaz de construir estructuras con hasta 11 dimensiones


Un estudio poco conocido publicado el año pasado en Fronteras en neurociencia computacional está recuperando tracción, revelando que las estructuras del cerebro humano operan hasta 11 dimensiones. El estudio fue realizado por Blue Brain Project, una iniciativa de investigación suiza.

"Hay decenas de millones de estos objetos incluso en una pequeña partícula del cerebro, hasta siete dimensiones. En algunas redes, incluso encontramos estructuras con hasta once dimensiones".

"Encontramos un mundo que nunca habíamos imaginado", dijo el neurocientífico Henry Markram, director del Blue Brain Project y profesor de la EPFL en Lausana, Suiza.

"Hay decenas de millones de estos objetos incluso en una pequeña partícula del cerebro, hasta siete dimensiones. En algunas redes, incluso encontramos estructuras con hasta once dimensiones", agregó Markram.

Para estudiar el cerebro humano, una de las estructuras más complejas de la tierra, el equipo descubrió que las matemáticas tradicionales no eran efectivas. "Las matemáticas generalmente aplicadas al estudio de redes no pueden detectar las estructuras y espacios de alta dimensión que ahora vemos claramente", dijo Markram.

Entonces, los investigadores decidieron utilizar la topología algebraica, una rama de las matemáticas que se ocupa de la construcción de invariantes algebraicos asociados a espacios topológicos que sirven para distinguirlos. El Blue Brain Project buscó la ayuda de los matemáticos Kathryn Hess de EPFL y Ran Levi de la Universidad de Aberdeen para aplicar esta disciplina.

"La topología algebraica es como un telescopio y un microscopio al mismo tiempo. Puede hacer zoom en redes para encontrar estructuras ocultas, los árboles en el bosque, y ver los espacios vacíos, los claros, todo al mismo tiempo", explicó Hess.

Con este enfoque, el equipo experimentó con un modelo del neocórtex publicado por Blue Brain Project en 2015 y con tejido cerebral real en ratas. Esta técnica les permitió estudiar detalles de la red neuronal del cerebro tanto a nivel de neuronas individuales como de la estructura del cerebro en su conjunto.

Camarillas y cavidades

Al estimular el tejido cerebral virtual, encontraron que conjuntos de neuronas estrechamente conectadas, llamadas camarillas, se unían para encerrar agujeros de gran dimensión, llamados cavidades. "La aparición de cavidades de alta dimensión cuando el cerebro está procesando información significa que las neuronas de la red reaccionan a los estímulos de una manera extremadamente organizada", dijo Levi.

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

Las geometrías más complejas subieron a 11 dimensiones. Los investigadores propusieron que "el cerebro procesa los estímulos formando camarillas y cavidades funcionales cada vez más complejas".

El estudio también puede eventualmente responder a una pregunta que durante mucho tiempo ha eludido la neurociencia; donde el cerebro almacena sus recuerdos. "Pueden estar 'escondidos' en cavidades de gran dimensión", dijo Markram.

Esta no es la primera vez que los investigadores utilizan la topología algebraica para estudiar el cerebro. Un equipo dirigido por Ann Sizemore en la Universidad de Pennsylvania ha estado haciendo un trabajo similar con resultados algo similares.


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