El cerebro humano se organiza de la misma forma que un fractal cuando se adentra en los pensamientos complejos, ha descubierto una investigación desarrollada en el Dartmouth College de Estados Unidos, cuyos resultados de publican en Nature Communications.
Un fractal es una estructura irregular que no puede ser descrita en los términos geométricos convencionales: su forma está hecha de copias más pequeñas de la misma figura completa.
La naturaleza ofrece algunos ejemplos de fractales, como los copos de nieve, los helechos, las plumas de un pavo real o los rayos que surgen de una tormenta.
En el interior de un fractal, sus formas y patrones se repiten en una cascada infinita, formada por espirales compuestas por espirales más pequeñas que se repiten sucesivamente.
Redes neuronales fractales
Redes neuronales fractales Lo que ha descubierto la nueva investigación es que las redes neuronales se organizan de la misma forma cuando abordan el pensamiento complejo: sus patrones de interacciones cerebrales se organizan espontáneamente en patrones fractales.
Eso significa que, cuando pasamos de ideas simples a pensamientos más complejos, que utilizamos para unir conceptos, contextualizar o globalizar experiencias, los patrones de interacciones cerebrales se reflejan simultáneamente a diferentes escalas.
También significa que, cuando esos pensamientos se interrumpen, los patrones fractales se confunden y pierden su integridad. Los patrones cerebrales fractales están indisolublemente asociados al pensamiento complejo.
La investigación, liderada por Jeremy R. Manning, director del Laboratorio de Dinámica Contextual en Dartmouth, llegó a esta conclusión después de abordar la intrincada red de neuronas humanas de la que surge el pensamiento, de forma análoga a la idea matemática de un fractal.
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Contornos de pensamientos
Contornos de pensamientos La naturaleza biológica del pensamiento humano es todavía hoy uno de los mayores secretos del cerebro, especialmente a medida que nuestro pensamiento asciende a niveles más altos de abstracción.
La nueva investigación ha podido observar qué ocurre en el cerebro cuando escalamos a esos niveles de complejidad conceptual y descubierto los contornos que forman las neuronas cuando nos ayudan en la abstracción: son idénticos y se replican en formas idénticas cada vez más reducidas.
«Para generar nuestros pensamientos, nuestros cerebros crean esta increíble tormenta de patrones de conexión», explica Jeremy R. Manning en un comunicado.
Y añade: “los patrones se ven hermosos, pero también son increíblemente complicados. Nuestro marco matemático nos permite cuantificar cómo esos patrones se relacionan a diferentes escalas y cómo cambian con el tiempo».
Patrones cerebrales
Patrones cerebrales Para alcanzar este resultado, los investigadores hicieron que los participantes escucharan una historia corta y observaron los patrones de comunicación entre diferentes partes del cerebro.
Usando un marco inspirado en el fractal, pudieron distinguir diferentes «órdenes» de un patrón, por lo que cuando no había ningún patrón, se dijo que los participantes tenían un patrón de «orden cero».
Cuando un par de estructuras cerebrales interactuaban, se decía que se había producido un patrón de «primer orden». Los patrones de orden superior crecían a partir de nuevas estructuras cerebrales que interactuaban entre sí.
Cuando los participantes escucharon la historia de 10 minutos de duración, los patrones de cuarto orden surgieron espontáneamente en sus neuronas.
Desplome fractal
Desplome fractal Luego, los investigadores comenzaron a barajar la historia que se estaba reproduciendo, primero cambiando los párrafos en diferentes secuencias para que se pudiera entender parte del significado de la historia. Esto redujo las redes cerebrales de los participantes a un patrón de segundo orden.
Cuando se barajaron todas las palabras de la historia, se perdió todo significado y los participantes registraron un patrón de orden cero.
«Cuanto más finamente se barajaba la historia, más se interrumpían las estructuras fractales de los patrones de red», explica Lucy Owen, primera autora del artículo.
«Dado que las interrupciones en esos patrones fractales parecen estar directamente relacionadas con lo bien que la gente podía entender la historia, este hallazgo puede proporcionar pistas sobre cómo nuestras estructuras cerebrales trabajan juntas para comprender lo que está sucediendo en la narrativa».
Patrones similares
Patrones similares Los investigadores descubrieron también que los patrones de la red fractal eran sorprendentemente similares entre las personas: los patrones de un grupo podían usarse para estimar con precisión qué parte de la historia estaba escuchando otro grupo.
El equipo también averiguó qué estructuras cerebrales interactuaban para producir estos patrones fractales.
Los resultados muestran que las interacciones de menor escala (primer orden) ocurrieron en las regiones del cerebro que procesan sonidos en bruto.
Las interacciones de segundo orden vincularon estos sonidos en bruto con las regiones de procesamiento del habla, y las interacciones de tercer orden vincularon las áreas de sonido y el habla con una red de regiones de procesamiento visual.
Las interacciones de mayor escala (cuarto orden) vincularon estas redes sensoriales auditivas y visuales con estructuras cerebrales que apoyan el pensamiento de alto nivel.
Procesamiento fractal
Procesamiento fractal Según los investigadores, cuando estas redes se organizan en múltiples escalas, se puede apreciar cómo el cerebro convierte la información sensorial en pensamientos complejos, desde los sonidos y el habla, hasta la visualización y la comprensión total.
El marco computacional de los investigadores también se puede aplicar a áreas más allá de la neurociencia, por lo que el equipo ya ha comenzado a utilizar un enfoque análogo para explorar las interacciones en los precios de las acciones de las empresas y en los patrones de migración animal.
Referencia
Referencia High-level cognition during story listening is reflected in high-order dynamic correlations in neural activity patterns. Lucy L. W. Owen et al. Nature Communications (2021). DOI:https://doi.org/10.1038/s41467-021-25876-x
