Los neurocientíficos utilizan modelos matemáticos para reproducir cómo el cerebro procesa el olor.
Conocer cómo reacciona el cerebro ante los olores podría ayudar a combatir enfermedades
Por Natalie Sabin
11 de mayo de 2022 C Sabes que las ecuaciones complicadas pueden predecir qué historia aparece en tu feed de noticias o qué vídeo de TikTok verás a continuación. Pero quizá no sepas que las matemáticas pueden ayudarnos a entender lo que ocurre en el cerebro cuando olemos algo.
Los investigadores del Instituto Del Monte de Neurociencia de la Universidad de Rochester están construyendo complejos modelos matemáticos que hacen precisamente eso C y, si siguen avanzando, su trabajo podría ayudar en la lucha contra enfermedades del sistema nervioso, como el Alzheimer y el Parkinson.
Descodificar el olor
Cada aroma con el que se entra en contacto provoca respuestas en el cerebro. Lo creas o no, esas respuestas pueden codificarse en números.
Una comparación aproximada es la vista y los colores que vemos en los videojuegos y en las pantallas de los ordenadores. Los programadores informáticos han trabajado durante décadas para descomponer los millones de colores que se ven en el mundo real en 1s y 0s que una máquina pueda entender.
Los jugadores de toda la vida han visto cómo los sistemas progresaban desde los Nintendos y Ataris de 8 bits hasta las PlayStations y Xbox de 64 bits y las pantallas visuales aún más complejas y detalladas de hoy en día. En cada etapa, el aumento del tamaño de los bits permitía una mayor precisión y detalle.
¿Imagen o sinfonía?
Para construir un modelo matemático para el olfato, todo lo que se necesita es acceso a una potencia de cálculo extremadamente potente, conocimiento del modelo de Hodgkin-Huxley (la columna vertebral de muchas ecuaciones en neurociencia), un catálogo de las resmas de investigación sobre el olfato, y ser muy, muy inteligente.
Las ecuaciones actúan como un foco matemático para iluminar partes del cerebro que de otro modo no estarían claras, explica el doctor Krishnan Padmanabhan, profesor asociado de neurociencia en la Universidad de Rochester y autor principal de un nuevo estudio sobre el sistema olfativo del cerebro, o el sentido del olfato.
El olfato es una de las partes del cerebro menos conocidas, dice Padmanabhan.
En los últimos 30 años, ha habido múltiples teorías sobre cómo se procesa el olor, dice. En un modelo, las respuestas a los olores se representan como una instantánea de un momento concreto del tiempo. En otros, los patrones evolucionan con el tiempo, como una sinfonía.
Padmanabhan y su equipo trataron de entender por qué existen tantas teorías sobre el olfato en la literatura científica y obtener más información sobre cuáles son verdaderas.
Así que él y su equipo construyeron una simulación por ordenador, utilizando sólo ecuaciones, que es similar al sistema cerebral del olfato. Luego cambiaron las ecuaciones para probar las teorías sobre cómo funciona el cerebro cuando se encuentra con un olor.
Los resultados (por ahora)
Los resultados sugieren que la forma en que el cerebro procesa el olor depende de lo que necesita entender en el momento.
Nuestros hallazgos revelan que estos diferentes modelos pueden ser en realidad distintas caras de una misma moneda, afirma Padmanabhan. En lugar de que el cerebro elija un enfoque específico para procesar el olor, el cerebro puede estar alternando entre diferentes estrategias para interpretar los olores del entorno.
En otras palabras, el cerebro adapta su respuesta a lo que ocurre en el mundo que nos rodea. Eso es bueno, porque el trabajo del cerebro es mantener el equilibrio en el cuerpo y mantenernos vivos en todo tipo de situaciones, por lo que la flexibilidad le ayuda a reaccionar en consecuencia. (Los investigadores no programaron olores específicos, aunque podrían hacerlo en el futuro, dice Padmanabhan).
El trabajo también tiene implicaciones para la salud. Los cambios en el sentido del olfato se han relacionado con trastornos cerebrales como las enfermedades de Parkinson y Alzheimer. Con el tiempo, un conocimiento más profundo de estos cambios podría conducir a una mejor detección y tratamiento.
Pero por ahora, el modelo de Padmanabhans es una pieza pequeña pero importante para descifrar el gran rompecabezas del funcionamiento del cerebro.
Al igual que los gráficos de 8 bits condujeron a los de 16 bits y a las pantallas fotorrealistas que vemos hoy en día, el modelo de Padmanabhans puede ayudar a sentar las bases para desarrollos mayores y más avanzados.
Esta investigación consiste en utilizar el lenguaje de las matemáticas para estudiar el cerebro, dice Padmanabhan, pero también en utilizar lo que sabemos sobre el cerebro para inspirar mejores formas de escribir ecuaciones y construir sistemas de computación en el campo de la neurociencia.
