Categories

Entrada publicada a:

dimarts, 3 de maig de 2016

Ordre dins el soroll del cervell

Si examinem l’activitat del nostre cervell en el seu conjunt, la primera imatge que se’ns ve al cap és la de la pantalla d’un televisor no sintonitzat: una imatge sorollosa formada per punts blancs i negres. La pregunta aleshores és, com és possible que el cervell funcioni de manera tan ordenada? Els equips de Jordi Garcia Ojalvo, líder del Laboratori de Dinàmica dels Sistemes Biològics i catedràtic de la Universitat Pompeu Fabra, i Maria V. Sánchez-Vives, líder de l’equip de Neurociència de Sistemes i professora d’investigació ICREA a l’Institut d’Investigacions Biomèdiques August Pi i Sunyer (IDIBAPS), estudien el fenomen de la coherència estocàstica en el cervell en un article que publica a la revista Nature Physics.

Les neurones que estan en el nostre cervell no semblen seguir un patró de comportament ordenat. De fet, l’activitat d’una neurona individual es difícil que mostri regularitat en els seus impulsos. Com s’expliquen llavors els cicles tan marcats que regeixen el funcionament del nostre cervell, sobretot en períodes com el somni? Els investigadors apunten com a responsable a l’anomenat “soroll de fons“, és a dir, el conjunt de senyals aleatòries que es donen de forma habitual en qualsevol sistema i que són normalment considerades indesitjables. Imaginem una resposta neuronal que depengui de que la magnitud del senyal arribi a un cert nivell. Potser, el senyal per si sola, encara que sigui cíclica i regular, no arribi al nivell necessari per desencadenar aquesta resposta. No obstant això, si a aquest senyal cíclica li afegim un soroll de fons, el valor del senyal augmenta, i s’arriba a superar així el llindar necessari que donarà lloc a la resposta.

Aquest mecanisme ha estat descrit amb anterioritat en altres tipus de sistemes. Les glaciacions de la Terra, per exemple, s’han succeït de forma força regular al llarg de milions d’anys. No obstant això, l’eix de rotació de la Terra no és suficient com per explicar aquestes glaciacions periòdiques. Es tracta de la ressonància estocàstica: són les fluctuacions aleatòries (soroll de fons) les que se sumen a la feble oscil·lació de l’eix de rotació i atorguen regularitat a les glaciacions. El fenomen s’ha descrit també en sistemes biològics. El peix espàtula detecta el seu aliment, el plàncton, mitjançant febles oscil·lacions elèctriques que aquest emet de manera regular. Un estudi realitzat a la Universitat de Missouri demostra que, afegint soroll de fons (oscil·lacions elèctriques aleatòries) al sistema, el peix espàtula detecta més fàcilment el plàncton i per això, n’ingereix més.

L’equip científic de la UPF i de l’IDIBAPS ha estudiat l’escorça cerebral en situacions que simulen l’estat de son profund, i han descrit per primera vegada aquesta coherència estocàstica en el cervell. Per a això controlen el nivell de soroll variant l’excitabilitat de l’escorça, i observen que les ones lentes característiques del son profund es fan més regulars quan aquesta excitabilitat, i per tant l’aleatorietat, augmenta. Així, han aconseguit detectar que hi ha un nivell de soroll que és òptim per assolir la màxima regularitat, a partir del qual el soroll domina sobre l’ordre. Resulta que el soroll de fons, comparable als punts blancs i negres que es veien en un televisor no sintonitzat, és el que permet que els senyals tan irregulars que generen les neurones siguin convertides en oscil·lacions que sovint mostren la regularitat d’un rellotge .

Referència de l’article:

Collective stochastic coherence in recurrent neuronal networks

Belén Sancristóbal, Beatriz Rebollo, Pol Boada, Maria V. Sanchez-Vives, Jordi Garcia-Ojalvo. 

Nature Physics, Maig 2016. DOI: 10.1038/NPHYS3739

Comparteix aquesta entrada

  • del.icio.us
  • Facebook
  • Google
  • E-mail this story to a friend!
  • LinkedIn
  • Technorati
  • TwitThis
  • Meneame
  • StumbleUpon

Els comentaris estan tancats.