Dentro de tu cerebro hay un mapa de cada habitación en la que has dormido. Cada cocina en la que has cocinado. Cada ciudad en la que has trabajado, cada país en el que has estado de vacaciones. Incluso hay un mapa raído de cada Universo en el que has estado. he soñado en.
Comprimir este vasto tesoro de información detallada en un pequeño tapiz de neuronas es posible gracias a algunas matemáticas muy inteligentes, según un estudio en cerebros de ratas realizado por investigadores en los Estados Unidos.
Estos patrones recientemente descubiertos de disposición de las células cerebrales que encarnan la representación mental del espacio físico no solo revelan cómo nuestro cerebro almacena ciertos tipos de datos, sino que también podrían proporcionar información sobre ocasiones en las que la memoria y el mapeo fallan.
Ingrese a una habitación por primera vez y su cerebro reclutará rápidamente neuronas que dibujarán el espacio. Estas colocar celdas no están necesariamente dispuestos de ninguna manera que refleje la habitación, pero su parpadeo coordinado aún sirve como una forma de ubicarnos dentro de un área física.
Organizadas en redes llamadas campos de lugar, esas celdas se reorganizan repetidamente a medida que nos acostumbramos al espacio, lo que contribuye a una red de celdas cada vez más enriquecida que se ondula con respuestas correlacionadas a medida que el espacio que te rodea se vuelve más familiar.
La forma en que se desarrolla y opera esta jerarquía de actividad correlacionada hasta ahora ha sido principalmente especulativa, al menos desde un punto de vista matemático.
En un nuevo estudio dirigido por la neurobióloga computacional Tatyana Sharpee del Instituto Salk de Estudios Biológicos, los investigadores investigaron la actividad de las células nerviosas en un parte del hipocampo de ratas que es fundamental para su memoria de espacios.
Usando un método previamente ideado Para estudiar las células de lugar en ratas mientras corren laberintos, los investigadores pusieron a prueba a un puñado de roedores adultos por una pista recta de 48 metros (157 pies), durante la cual se registró su actividad neuronal a medida que completaban las carreras.
Hay algunas formas en que se puede modelar una secuencia de mensajes transmitidos a través de una red, según su proximidad física o las formas en que las diferentes celdas coinciden en respuesta.
Un análisis de la jerarquía de las señales que parpadean a través de una red de células de lugar en las ratas se modeló mejor mediante un tipo de geometría descrita como hiperbólica que, irónicamente, no es la geometría más fácil de imaginar para nuestros cerebros.
Imagine, si quiere, un edificio de oficinas típico con un jefe en la parte superior, sentado solo en un piso para ellos solos. Todos los ejecutivos por debajo del jefe tienen oficinas lujosas. Debajo de ellos, los mandos intermedios se acomodan en suites un poco más pequeñas. Más abajo, toda una masa de trabajadores se apiña en un piso lleno de cubículos.
Esta jerarquía ‘lineal’ rápidamente se queda sin espacio para cada individuo a medida que se sumerge en los pisos y se suman los departamentos adicionales.
Sin embargo, una torre de oficinas construida con geometría hiperbólica no tendría ningún problema para albergar nuevos departamentos en los pisos inferiores, que se vuelven exponencialmente más grandes, obedeciendo a un conjunto diferente de reglas sobre los ángulos que forman las líneas de intersección cuando se conectan con diferentes componentes.
Si bien podemos usar el ejemplo anterior para representar una jerarquía hiperbólica en un espacio plano, en una realidad dimensional completa, esos triángulos serían todos del mismo tamaño (sí, tratar de imaginar esto dañará tu cerebro). Entonces, si esto fuera una pieza de material, los extremos exteriores se curvarían con su exceso de circunferencia, como un sombrero flexible
Las jerarquías hiperbólicas usan matemáticas similares para describir las relaciones entre diferentes puntos de actividad en una cascada de operaciones, lo que permite una forma más eficiente de detallar distancias y objetos en nuestras mentes cuando nos imaginamos en un espacio.
Aquí, los investigadores observaron las matemáticas en cómo se establecieron rápidamente pequeños campos de células de lugar cuando las ratas se introdujeron en un nuevo espacio, creciendo en campos más complejos de acuerdo con una expansión logarítmica a medida que pasaba el tiempo.
“Nuestro estudio demuestra que el cerebro no siempre actúa de manera lineal. En cambio, las redes neuronales funcionan a lo largo de una curva en expansión, que puede analizarse y comprenderse mediante la geometría hiperbólica y la teoría de la información”. dice Sharpe.
Estudios recientes Los sistemas olfativos encontrados en biología también siguen una jerarquía hiperbólica, lo que permite a los animales categorizar los olores de maneras mucho más complejas y variadas que una forma lineal de agrupar olores.
Los investigadores detrás del nuevo estudio argumentan que las representaciones hiperbólicas en nuestra conciencia espacial se adaptan mejor a la reorganización que viene con un mapa mental en crecimiento, confiando solo en la información más cercana. Localizar el cuerpo en el espacio también es más preciso que si el mapa se desarrollara de acuerdo con un modelo lineal.
La medición de efectos similares en humanos podría informar a los modelos sobre enfermedades, especialmente en los campos de la neurología relacionados con la memoria y la conciencia espacial.
En un nivel más poético, hay una belleza en saber que la expansión de nuestro Universo mental refleja la expansión infinita de nuestro universo físico. Si bien todos los signos hasta ahora apuntan a que nuestro Universo tiene una forma plana, hay modelos que especulan si la geometría total del espacio-tiempo aún podría tener una sutil curvatura.
“Uno pensaría que la geometría hiperbólica solo se aplica a una escala cósmica, pero eso no es cierto”. dice Sharpe.
“Nuestros cerebros funcionan mucho más lento que la velocidad de la luz, lo que podría ser una razón por la que se observan efectos hiperbólicos en espacios captables en lugar de astronómicos. A continuación, nos gustaría aprender más sobre cómo crecen e interactúan estas representaciones hiperbólicas dinámicas en el cerebro. y comunicarse unos con otros”.
Esta investigación fue publicada en Neurociencia de la naturaleza.