El cerebro humano explicado a través de las matemáticas

Ciudad de México/ miércoles, 22 de junio 2011
Revista Distrital

El cerebro humano está constituido por un complejo entramado de neuronas, con un número del orden de 10 a la potencia 11 (esto es, un 1 seguido de once ceros, dicho en palabras, 100 mil millones), y de conexiones que dan lugar a un sistema cognitivo robusto, con un diseño muy distinto al de las computadoras.

Las neuronas son células que contienen una serie receptores llamados dendritas y poseen una larga terminación conocida como axón, que a su vez, tiene emisores denominados sinapsis, que conectan con las dendritas de otra neurona, y así sucesivamente. Si ha recibido un cierto potencial de activación que rebasa el umbral fisiológico, emite un pulso eléctrico a través del axón y así se comunica con el resto.

Neurofisiología y matemáticas

El abordaje de las redes neuronales como un área que relaciona a la neurofisiología y las matemáticas data de 1943. Warren McCulloch y Walter Pitts publicaron, durante la Segunda Guerra Mundial, un trabajo en el que desarrollaron el concepto de éstas como modelos matemáticos. Entonces no existían las computadoras, recordó Zertuche Mones, investigador de la Unidad Cuernavaca del Instituto de Matemáticas (IM) de la UNAM.

Ambos científicos desarrollaron lo que hoy en día se conoce como el "modelo de McCulloch-Pitts", que establece la forma de evolución temporal de las neuronas de una manera simplificada, pero a la vez fidedigna, basándose en el comportamiento de las neuronas biológicas, como las que tenemos por millones en el cerebro. Este modelo ha sido fundamental para desarrollar redes artificiales, eje de trabajos de computación y robótica.

Desde hace casi 70 años, ese estudio ha cobrado fuerza, asociado a computadoras cada vez más potentes y rápidas, capaces de ayudar a los científicos a investigar fenómenos complejos de la naturaleza, como la evolución de las especies, la replicación del material genético o la variabilidad del clima en el planeta.

Una de las áreas promisorias de desarrollo en este campo es la inteligencia artificial, la analogía que más se ha acercado al funcionamiento del cerebro humano, que hoy ensaya métodos para trasladar a las máquinas funciones particularmente humanas, como la toma de decisiones.

Diferencia entre modelos de redes neuronales y computadoras

Las computadoras son muy rápidas y eficientes para hacer cálculos numéricos, pues utilizan un procesador que codifica las operaciones; sin embargo, es un solo procesador el que utilizan, y un error mínimo en el programa deriva en resultados incorrectos.

En contraste, agregó, el cerebro humano es más lento para realizar operaciones, pero es capaz de aprender y corregir fallas, aunque no esté previamente programado, explicó Zertuche Mones.

Se debe, en parte, a que cada neurona hace las veces de un procesador, de modo que se puede pensar que el cerebro funciona como una multiplicidad de procesadores, y lo que es aún más importante, éstos trabajan en paralelo, no forman una serie. Así, un error en uno de ellos es corregido por los otros, algo que la terminología científica designa como un sistema robusto.

Especialista en sistemas dinámicos complejos discretos, Zertuche investiga, entre otras cosas, modelos conocidos con el nombre de redes neuronales, y emplea técnicas de la física estadística y el análisis matemático asintótico. En su estudio de la conectividad cerebral se encuentra con un método eficiente, parcialmente modelado por circuitos electrónicos y otras disciplinas científicas, donde el comportamiento de una red constituida por muchas partes ofrece una amplia gama de funciones y se presta para el tema estadístico.

"La fuente del conocimiento del ser humano no reside en una de estas células ni en varias, sino en sus conexiones sinápticas; es algo que han entendido los neurofisiólogos. De hecho, es en la infancia y adolescencia que éstas se forman con base al aprendizaje; de ahí la importancia de este proceso en forma temprana. Los modelos matemáticos que se han desarrollado a partir de estudios de los neurofisiólogos, concuerdan con esto", precisó el académico.

La robustez del cerebro humano es tal, que una persona puede trabajar aunque tenga una parte dañada a consecuencia, por ejemplo, de un accidente automovilístico. Quizá el sujeto pierde la movilidad, si el área afectada se relaciona con esa función, pero el intelecto puede seguir en marcha, ejemplificó el físico egresado de la UNAM, doctor en Ciencias por la Escuela Internacional Superior de Estudios Avanzados de Trieste, Italia, y miembro de la Academia Mexicana de Ciencias.

Cambios en la dinámica

Su estudio se centra en los cambios en la dinámica de las redes neuronales, en cómo se modifica el comportamiento general de la red a partir de mutaciones en sus partes, es decir, en grupos de neuronas. Para ello, emplea un elemento estadístico conocido como aproximación de campo medio.

Su interés actual se enfoca en los llamados autómatas celulares de Kauffman, modelos matemáticos que son un tipo particular de vínculos neuronales. Se trata de entender cómo cambia la dinámica de éstos al modificar los valores de los parámetros que los definen y que esencialmente son el número de esas células y la conectividad existente entre ellas.

Zertuche aclaró que en este tipo de análisis el comportamiento de una neurona, o de una decena de ellas, es irrelevante, pues lo que se observa es el estado general de la red, y cómo están distribuidos los estados de activación de acuerdo a su conectividad.

Con información de la Agencia Cultural N22

El cerebro sabotea los buenos propósitos de salud: expertos

Ciudad de México / lunes, 03 de enero 2011
Distrital Revista

WASHINGTON.- Empezó ya el Año Nuevo y con él numerosas personas encuentran que les es muy difícil cumplir los buenos propósitos que se habían propuesto, como dejar la comida chatarra, el cigarrillo y la inactividad física.

La dificultad para superar los malos hábitos tienen una razón biológica: Están muy condicionados en el cerebro, pero esto no es una excusa. Mediante la comprensión del arraigo de las conductas poco saludables, los científicos han diseñado algunas estrategias para que los buenos hábitos reemplacen a los malos.

"¿Por qué los malos hábitos son más dominantes? Porque usted batalla contra el poder de la recompensa inmediata", afirma la doctora Nora Volkow, directora del Instituto Nacional contra el Consumo de Drogas y experta en la proclividad del cerebro al placer.

Se trata de la pugna en la decisión entre el caramelo y el brócoli: el factor del gusto por el chocolate tiende a imponerse a la noción de que la recompensa por consumir verduras y no chocolates serán unos kilos de menos.

"Todos nosotros, como criaturas, estamos muy condicionados a ser de esa manera, a dar mayor valor a una recompensa inmediata en contraposición a algo que demorará", afirma Volkow.

Ese pequeño momento de felicidad se convierte en un vicio debido a una sustancia química sensible al placer, llamada dopamina.

Esta sustancia condiciona el deseo del cerebro a que se le recompense una y otra vez, lo que aumenta la dependencia, en especial cuando recibe una señal externa correspondiente.

Las personas tienden a sobreestimar su capacidad para resistir las tentaciones que las rodean, lo que da al traste sus propósitos de superar los vicios, dijo el experto en psicología experimental Loran Nordgren, profesor adjunto en la Facultad de Administración Kellog de la Universidad del Noroeste.

"Existe en las personas la arrogancia del autocontrol, esa creencia de que pueden ir más allá en el control", dijo Nordgren, quien ha estudiado el conflicto entre la fuerza de voluntad y la tentación.

En un experimento, el especialista midió si los fumadores empedernidos podrían ver, sin fumar, la cinta "Coffee and Cigarretes", que idealiza el hábito.

Para aumentar la emoción, los fumadores recibirían una paga según su nivel de tentación: ¿Podrán resistirse a no encender un cigarrillo mientras ven la cinta? ¿Mantendrán el paquete en la mesa? o ¿Necesitaron dejar el paquete en otra sala?

Los fumadores que habían anticipado que podrían resistir bastante tentación tendieron a sostener en la mano un cigarrillo apagado y era más probable que lo encendieran que los que optaron por asir el paquete, dijo Nordgren.

El experto ha emprendido estudios sobre la influencia de las tentaciones del mundo real en la recuperación de los adictos a las drogas.

Con información de la Agencia AP

Estimular eléctricamente el cerebro podría ayudar a que las matemáticas fueran fáciles

Ciudad de México / domingo, 07 de noviembre 2010
N22/ Distrital Revista

Ciencia

Estimular el cerebro con una muy pequeña corriente eléctrica puede realzar la capacidad de una persona para las matemáticas por hasta seis meses, dijeron el jueves neurocientíficos británicos.

Investigadores de la Universidad de Oxford en Inglaterra estudiaron a 15 voluntarios y demostraron por primera vez que la estimulación eléctrica del cerebro mejoraba su actividad en una serie de evaluaciones matemáticas, y lo siguió haciendo así medio año después.

"No estamos recomendando a la gente que vaya por ahí dándose descargas eléctricas, pero estamos muy entusiasmados con el potencial de nuestros hallazgos y ahora estamos estudiando los cambios subyacentes en el cerebro", dijo Cohen Kadosh de Oxford, que dirigió el estudio.

"Es improbable que la estimulación eléctrica te convierta en el próximo Einstein, pero si tuviéramos suerte podría (...) ayudar a algunas personas a enfrentarse mejor con las matemáticas", agregó.

Científicos dijeron el mes pasado que descubrieron que utilizar electrodos para estimular zonas profundas dentro del cerebro podría ayudar a los pacientes con graves desórdenes obsesivo-compulsivos que no responden a otros tratamientos.

Para este estudio, a 15 estudiantes voluntarios de entre 20 y 21 años se les enseñaron símbolos que representaban diferentes valores numéricos, y después se les cronometró con qué rapidez y precisión eran capaces de completar una serie de "puzzles" matemáticos basados en esos símbolos.

La enseñanza se llevó a cabo durante seis días y cada día los voluntarios recibían o bien un placebo o una corriente eléctrica mínima desde la derecha a la izquierda, o viceversa, a través del lóbulo parietal -una importante zona cerebral para el procesamiento de las matemáticas.

El estímulo fue administrado cada 20 minutos aproximadamente cada día, dijo Kadosh en una entrevista telefónica.

"Puedes sentirlo un poquito, pero sólo durante los primeros 15 a 30 segundos", dijo el experto. "Y no es doloroso. Es como una pequeña sensación de hormigueo en tu cráneo", señaló y agregó que ninguno de los voluntarios reportó efectos secundarios de la estimulación.

Los resultados, publicados en la revista Current Biology, mostraron que los voluntarios que recibieron estimulación eléctrica desde la derecha al lóbulo parietal izquierdo lo hicieron mejor.

Ese grupo fue reexaminado seis meses después del experimento y los científicos descubrieron que su capacidad matemática seguía siendo alta.

Christopher Chambers de la Facultad de Psicología de la Universidad de Cardiff, que no estuvo implicado en el estudio, dijo que los resultados eran "intrigantes" y que podrían tener implicaciones de más largo alcance.

"Los resultados de este estudio (...) tienen ramificaciones excitantes para el uso de las técnicas de estimulación cerebrales en otros campos", indicó Chambers en un comentario.

"La habilidad para ajustar la actividad en partes del cerebro, aumentándola o reduciéndola a voluntad, abre la puerta al tratamiento de una serie de problemas psiquiátricos y neurológicos, como el juego compulsivo o la deficiencia visual tras un ataque cerebrovascular", agregó el científico. (Con información de Reuters)

El amor afecta a las áreas intelectuales del cerebro

Ciudad de México / martes, 26 de octubre 2010
N22/ Distrital Revista

Ciencia

Un estudio reciente realizado por la investigadora Stephanie Ortigue, de la Universidad de Syracuse, en Nueva York, revela que enamorarse no sólo puede provocar una sensación de euforia parecida a la vinculada al consumo de cocaína, sino que también afecta a las áreas intelectuales del cerebro.

Según lo publicado por la revista Muy interesante, los resultados del trabajo de Ortigue, publicados bajo el título “La Neuroimagen del Amor” en la revista Journal of Sexual Medicine, revelan que, cuando una persona se enamora, hasta 12 áreas del cerebro trabajan conjuntamente para liberar las sustancias químicas que inducen euforia, como la dopamina, la oxitocina, la vasopresina o la adrenalina. Y que “diferentes tipos de amor implican a distintas áreas cerebrales”. Por ejemplo, el amor apasionado pone en acción a las zonas relacionadas con la recompensa y algunas funciones cognitivas superiores, como las que participan en la creación de metáforas y en la representación de la imagen corporal.

Entonces, ¿el amor es corazón o cerebro? “Yo diría que el cerebro, pero el corazón también está implicado", responde Origue, que cita como ejemplo que cuando se generan cascadas de neurotransmisores en ciertas zonas del cerebro el corazón se acelera y aparecen las “mariposas” en el estómago. Según la investigadora entender cómo y por qué nos enamoramos ayudará también a reparar un “corazón roto” por el desamor.

Con información de telefenoticias.com.ar

La maternidad propicia el aumento del cerebro en las mujeres

Ciudad de México / jueves, 21 de octubre 2010
N22/ Distrital Revista

Ciencia

La maternidad puede hacer que el cerebro de las mujeres crezca, revela un estudio reciente realizado por neurocientíficos del Instituto Nacional de Salud Mental de Estados Unidos.

Un análisis realizado con tecnología de resonancia magnética de alta resolución a 19 mujeres que habían dado a luz en el Hospital Yale-New Haven demostró que el volumen de los cerebros de las madres recién paridas había aumentado en áreas relacionadas con la motivación y el comportamiento, a las cuatro semanas y a los tres meses de haber dado a luz.

Los investigadores teorizan que este crecimiento cerebral podría ser consecuencia de los cambios hormonales que se producen en el organismo de la mujer inmediatamente después del alumbramiento: al incremento de estrógenos, de oxitocina y de prolactina. Estas hormonas podrían provocar que el cerebro de las madres cambiase de forma tras el parto, en respuesta a la presencia del hijo.

Los resultados obtenidos sugieren que la motivación para cuidar al bebé recién nacido, y los rasgos característicos de la maternidad, podrían ser fruto no tanto de una respuesta instintiva como de una reestructuración activa del cerebro materno, explican los científicos.

En adultos, el volumen de la materia gris no cambia normalmente en tan sólo unos meses, a no ser que se produzca un aprendizaje significativo, una lesión cerebral, una enfermedad o un cambio ambiental profundo.

Con información de ensemana.com

Fascinaciones del cuerpo humano en Barranca del Muerto

Ciudad de México / miércoles, 06 de octubre 2010
N22/ Distrital Revista

El cerebro, una médula espinal, fetos, manos, pies, pulmones, cortes de cara, cerebro y el aparato digestivo son algunas piezas que exhiben en "El cuerpo humano, la fascinante expresión de la vida", que se inauguró hoy en la estación Barranca del Muerto, del Sistema de Transporte Colectivo-Metro.

En entrevista, el encargado de cultura del Metro, Mónico Raúl Prieto Ancona, comentó que la muestra, que estará vigente hasta el 30 de octubre, reúne 70 piezas, pero que por cuestiones de espacio sólo se exhiben 14 de ellas en las vitrinas de la estación Barranca del Muerto.

Dijo que las piezas son muestras anatómicas creadas y disecadas por el técnico en embalsamamientos Germán Hernández Sánchez de la Escuela de Medicina Tominaga Nakamoto, S.C., la cual tiene más de 20 años de experiencia en disección.

Mencionó que todas las grandes culturas del mundo han estudiado el cuerpo humano desde diferentes enfoques y la práctica de disección dentro de la Anatomía es una de las herramientas más antiguas para la educación y formación de los médicos.

Dijo que es la primera ocasión que el Metro presenta una exposición de estas características y que no se requirió de implementar medidas adicionales de seguridad, toda vez que las piezas son custodiadas por el personal de seguridad y cámaras de video.

El funcionario recordó que actualmente el Sistema de Transporte Colectivo-Metro cuenta con 34 exposiciones relacionadas con la ciencia y la tecnología y que se encuentran ubicadas en diversas estaciones.

Adelantó que la exposición "El cuerpo humano, la fascinante expresión de la vida" se podrá apreciar completa en el Túnel de la Ciencia del Metro la Raza y que habrá una sección itinerante en todas las estaciones a partir de diciembre y hasta mayo del 2011.

A la inauguración asistió como invitado especial el embajador de Perú en México, Luis Alvarado Contreras, quien se dijo muy complacido por la decisión de la directora de la Escuela de Medicina Tominaga Nakamoto, la doctora Clelia Márquez y las autoridades del Metro, al presentar esta exposición que la gente podrá apreciar a toda hora del día y de manera gratuita.

Con información de la Agencia Cultural N22 y Notimex