Un reciente estudio ha permitido descubrir estructuras en el cerebro de hasta once dimensiones, sin duda, un trabajo innovador que está comenzando a revelar los misterios arquitectónicos más profundos del cerebro.

Utilizando la topología algebraica de una manera nunca empleada antes en la neurociencia, un equipo del Proyecto Blue Brain ha descubierto un universo de estructuras y espacios geométricos multidimensionales dentro de las redes del cerebro.

La investigación, publicada este lunes en«Frontiers in Computational Neuroscience», muestra que estas estructuras surgen cuando un grupo de neuronas forma una «pandilla»: cada neurona se conecta a otra neurona del grupo de una manera muy específica que genera un objeto geométrico preciso. Cuantas más neuronas hay en una «pandilla», mayor es la dimensión del objeto geométrico.

«Encontramos un mundo que nunca habíamos imaginado –subraya en un comunicado el neurocientífico Henry Markram, director del «Blue Brain Project» y profesor de la Escuela Politécnica Federal de Lausana (EPFL), en Lausana, Suiza–. Hay decenas de millones de estos objetos incluso en una pequeña partícula del cerebro, hasta siete dimensiones, y en algunas redes incluso encontramos estructuras de hasta once dimensiones».

Markram sugiere que esto puede explicar por qué ha sido tan difícil de entender el cerebro. «Las matemáticas que usualmente se aplican a las redes de estudio no pueden detectar las estructuras y los espacios de alta dimensión que ahora vemos claramente», afirma.

Si los mundos en 4D despliegan nuestra imaginación, mundos con cinco, seis o más dimensiones son demasiado complejos para que la mayoría de nosotros los entendamos. Aquí es donde aparece la topología algebraica: una rama de la matemática que puede describir sistemas con cualquier número de dimensiones.

Los matemáticos que llevaron la topología algebraica al estudio de redes cerebrales en el Proyecto Blue Brain fueron Kathryn Hess, de EPFL, y Ran Lev, de la Universidad de Aberdeen, Escocia. «La topología algebraica es como un telescopio y un microscopio al mismo tiempo, puede ampliar las redes para encontrar estructuras ocultas –los árboles en el bosque– y ver los espacios vacíos –los claros– todo al mismo tiempo», explica Hess.

Un castillo de arena multidimensional

En 2015, Blue Brain publicó la primera copia digital de una pieza del neocórtex: la parte más evolucionada del cerebro y el asiento de nuestras sensaciones, acciones y conciencia. En esta última investigación, usando topología algebraica, se realizaron múltiples pruebas en el tejido cerebral virtual para mostrar que las estructuras cerebrales multidimensionales descubiertas nunca podrían producirse por casualidad.

Los experimentos se realizaron sobre el tejido cerebral real en el laboratorio de Blue Brain en Lausana, confirmando que los descubrimientos anteriores en el tejido virtual son biológicamente relevantes y también sugiere que el cerebro constantemente se vuelve a cablear durante el desarrollo para construir una red con tantas estructuras de altas dimensiones como sea posible.

Cuando los investigadores presentaron el tejido cerebral virtual con un estímulo, se formaron grupos de dimensiones progresivamente más altas momentáneamente para encerrar agujeros de alta dimensión, que los investigadores denominaron cavidades. «La aparición de cavidades de alta dimensionalidad cuando el cerebro procesa información significa que las neuronas de la red reaccionan a los estímulos de una manera extremadamente organizada», dice Levi.

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

La gran pregunta que estos investigadores se están haciendo 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. La neurociencia también ha estado luchando por encontrar dónde almacena el cerebro sus recuerdos. «Pueden estar «escondidos» en cavidades de gran dimensión», especula Markram.

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