Los neurocientíficos han descubierto estructuras geométricas previamente desconocidas dentro del cerebro que podrían explicar cómo recordamos cosas y realizamos tareas complejas.
Un equipo de investigadores, incluido el profesor Ran Levi del Instituto de Matemáticas de la Universidad de Aberdeen, ha descubierto un "universo" de estructuras geométricas multidimensionales dentro de las redes cerebrales utilizando la topología algebraica, una rama de las matemáticas que utiliza herramientas del álgebra abstracta para estudiar objetos geométricos.
Al emplear esta técnica sofisticada de una manera nunca antes utilizada en neurociencias, han realizado un importante hallazgo que podría tener implicaciones significativas para nuestra comprensión del cerebro.
El profesor Levi explicó: "Para un topólogo, el cerebro es como una enorme red con puntos (neuronas) y caminos (conexiones entre ellas).
"De esto, es natural deducir la existencia de estructuras geométricas que surgen cuando un grupo de neuronas forma un 'clúster', con cada neurona conectándose a cada otra neurona del grupo para generar un objeto geométrico preciso: tres neuronas forman un triángulo, cuatro un tetraedro, y así sucesivamente.
"Hemos descubierto decenas de millones de estructuras de este tipo en las redes cerebrales, que en algunos casos tienen hasta siete dimensiones, es decir, una red de ocho neuronas conectadas de manera muy organizada. Nuestra investigación sugiere que puede haber estructuras que pueden tener hasta once dimensiones o más".
La investigación fue llevada a cabo por el Blue Brain Project, un instituto de investigación ubicado en la École Polytechnique Fédérale de Lausana (EPFL) en Suiza, que tiene como objetivo construir reconstrucciones digitales detalladas y simulaciones del cerebro.
Se realizaron numerosas pruebas en tejido cerebral virtual para demostrar que las estructuras cerebrales multidimensionales descubiertas no podían producirse por casualidad. Luego se llevaron a cabo experimentos en tejido cerebral real en el laboratorio de Blue Brain en Lausana, que confirmaron que los hallazgos anteriores en el tejido virtual son biológicamente relevantes.
Los resultados también sugieren que el cerebro se recrea constantemente durante la actividad para construir una red con la mayor cantidad posible de estructuras de alta dimensión, que el equipo describió como un cerebro que crea y luego desintegra continuamente "castillos de arena".
El profesor Levi declaró: "Cuando son estimulados, los clústeres de dimensiones progresivamente más altas se ensamblan momentáneamente para encerrar agujeros o 'cavidades' de alta dimensión.
"La aparición de estas cavidades cuando el cerebro está procesando información significa que las neuronas de la red reaccionan a los estímulos de manera extremadamente organizada. Es una intuición emocionante que comienza a revelar los secretos arquitectónicos más profundos del cerebro".
El profesor Levi ha trabajado junto al fundador del Blue Brain Project, el profesor Henry Markram, y la profesora Kathryn Hess, matemática de la EPFL. Su trabajo ha sido publicado en Frontiers in Computational Neuroscience.
El profesor Markram declaró: "La gran pregunta que nos planteamos ahora es si la complejidad de las tareas que podemos realizar depende de la complejidad de los 'castillos de arena' multidimensionales que el cerebro puede construir".
"Las neurociencias también han luchado por encontrar dónde el cerebro almacena sus recuerdos. Podrían estar 'escondidos' en estas cavidades de alta dimensión".