El cerebro funciona hasta en once dimensiones

Según explican en Frontiers in Computational Neuroscience , el equipo de Blue Brain ha empleado la topología algebraica de una manera que nunca se ha utilizado antes para descubrir un universo de estructuras geométricas multidimensionales dentro de las redes cerebrales.

Al parecer, estas estructuras surgen cuando las neuronas forman un grupo: cada neurona se conecta a las otras de una manera muy específica que genera un objeto geométrico preciso. Cuantas más neuronas hay en el grupo, mayor es la dimensión del objeto geométrico.

«Hemos encontrado un mundo que nunca habíamos imaginado», afirma el neurocientífico Henry Markram , director del proyecto Blue Brain y profesor de la École Polytechnique Fédérale en Lausana. «Hay decenas de millones de estos objetos, incluso en un pequeño punto del cerebro, con siete dimensiones. En algunas redes, incluso encontramos estructuras hasta con once dimensiones».

Markram sugiere que esto puede explicar por qué ha sido tan difícil entender el cerebro hasta ahora. «Las matemáticas que se suelen aplicar para estudiar las redes no pueden detectar las estructuras y espacios de tantas dimensiones que ahora vemos con claridad», señala.

Si ya nos cuesta entender un mundo en cuatro dimensiones, uno con cinco, seis o más supera nuestra comprensión, por lo que los científicos recurren a la topología algebraica para describirlo. «Es como usar un telescopio y un microscpio al mismo tiempo. Puedes hacer zoom en las redes para encontrar estructuras ocultas -los árboles en el bosque- y ver lo espacios vacíos -los claros- todo al mismo tiempo», explica Kathryn Hess, de la EPFL

En 2015, Blue Brain publicó la primera copia digital de un pedazo de corteza cerebral, la parte más evolucionada del cerebro y el asiento de nuestras sensaciones, acciones y conciencia. En esta última investigación, utilizando la topología algebraica, se realizaron múltiples pruebas en el tejido cerebral virtual para mostrar que las estructuras cerebrales multidimensionales descubiertas nunca podrían haber sido producidas por casualidad. A continuación, los experimentos se realizaron en tejido cerebral real en el laboratorio de Blue Brain en Lausana para confirmar que los descubrimientos anteriores en el tejido virtual son biológicamente relevantes, lo que además sugiere que el cerebro se reprograma constantemente durante el desarrollo para construir una red con tantas estructuras multidimensionales como sea posible.

Cuando los investigadores presentaron el tejido cerebral virtual con un estímulo, grupos de dimensiones progresivamente mayores se formaron en un momento para encerrar agujeros de alta dimensión, a los que los investigadores se refieren como cavidades. «La aparición de cavidades multidimensionales cuando el cerebro está procesando información significa que las neuronas en la red reaccionan a los estímulos de una manera extremadamente organizada», explica Ran Levi, de la Universidad Aberdeen. «Es como si el cerebro reacciona a un estímulo mediante la construcción de una torre de bloques multidimensionales, empezando con varillas (1D); entonces tablones (2D); a continuación, 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 de la arena y luego se desintegra».

La gran pregunta que ahora se hacen estos investigadores es si la complejidad de las tareas que podemos realizar depende a su vez de la complejidad de los «castillos de arena» multidimensionales que el cerebro puede construir. La neurociencia también lleva mucho tiempo luchando por encontrar dónde almacena los recuerdos el cerebro y quizás «puedan estar 'escondidos' en las cavidades de alta dimensión», especula Markram .