Home

“Dinàmica de sistemes complexos”

La cèl·lula, la unitat bàsica de tot organisme viu, és el sofisticat resultat de milers d’interaccions físiques entre molècules. La nostra experiència conscient és el fruit de les interaccions químiques i elèctriques de bilions de neurones. Encara en una altra escala, insectes socials com les formigues o les abelles prenen decisions col·lectives, com ara on construir el niu, a través d’un procés autoorganitzat a través del qual la decisió emergeix espontàniament.

Sistemes complexos és el nom que s’ha donat a una varietat molt heterogènia de problemes amb aquest denominador comú: un gran nombre d’agents – per exemple neurones – interaccionen donant lloc a propietats emergents que no es dedueixen de manera trivial de les lleis d’interacció.  A més a més, els sistemes complexos solen presentar dinàmiques fortament no lineals o dit altrament, la seva evolució futura no es pot predir (es diu que el sistema és caòtic). A l’hora d’afrontar l’estudi d’un sistema complex es fan servir els coneixements adquirits en disciplines ja existents com ara la física estadística, la teoria de jocs, la teoria de xarxes o la dinàmica no lineal. Cal remarcar que la investigació en el camp dels sistemes complexos és fortament multidisciplinar, és a dir, requereix de la col·laboració de científics de diverses disciplines com ara físics, matemàtics, biòlegs, metges, enginyers i també, de vegades, economistes o sociòlegs.

Reconstrucció de la propagació de tres ones lentes en el còrtex del lòbul temporal. Els punts rojos marquen la posició dels elèctrodes de registre a la superfície del còrtex. En cadascun dels esdeveniments d’ona lenta representats, la ratlla vertical assenyala la posició temporal de la primera detecció. S’aprecia la propagació de la ona lenta en veure que el mínim de l’oscil·lació s’enregistra de manera consecutiva (no simultània) en diferents elèctrodes [1].

Durant els meus estudis doctorals, he treballat en diversos aspectes relacionats amb l’estudi de sistemes complexos. En la part més teòrica he treballat amb sistemes caòtics senzills estudiant un tipus concret de transició ordre-caos i  també he investigat la interacció de sistemes caòtics en xarxes complexes adaptatives prestant especial atenció als fenòmens de sincronització. La part més experimental del meu treball i potser la més fàcil d’explicar està relacionada amb l’anàlisi de l’activitat elèctrica cerebral.  Com hem dit més amunt el nostre cervell està composat de neurones que interaccionen mitjançant impulsos elèctrics.  Fent ús d’elèctrodes podem mesurar el potencial elèctric resultant de l’activitat neuronal.  Açò és el que s’anomena fer un electroencefalograma o EEG.  Les dades electroencefalogràfiques ens donen una informació limitada però molt valuosa de la dinàmica cerebral i ens permeten estudiar aquesta en diferents situacions com ara les diferents fases del son, un atac d’epilèpsia o la realització d’una tasca cognitiva concreta.  En col·laboració amb un equip d’investigació en neurociència de l’Institut du Cerveau et de la Moelle Épinière de París (França) he estudiat la dinàmica de les ones lentes cerebrals. Aquestes ones són un patró característic de l’EEG que apareix en les fases de son profund. S’ha comprovat que aquestes ones u oscil·lacions  juguen un paper important en els processos de consolidació de la memòria i l’aprenentatge. És per açò que ens interessa saber com aquestes ones organitzen o modulen l’activitat elèctrica cortical, com es propaguen i quines són les seus  característiques dinàmiques més importants. A partir de dades EEG intracranials de pacients epilèptics i fent ús, en part, de la teoria de xarxes complexes hem pogut fer una reconstrucció estadística (a partir de milers d’events) de la propagació de les ones lentes en el còrtex cerebral. Entre altres coses, el nostre estudi presenta nova evidència d’allò que ja s’intuïa en estudis a partir de dades EEG de superfície: les ones lentes tendeixen a originar-se en el còrtex frontal i es propaguen majoritàriament cap a les regions posteriors (còrtex parietal i occipital) i laterals (còrtex temporal) del cervell. Recentment hem publicat un article (de lliure accés) [1] a la revista PLoS ONE on s’exposen els resultats d’aquest treball.

Vicent Botella i Soler, Departament de Física Teòrica, Universitat de València

Ex-alumne de l’IES Antoni Llidó de Xàbia

[1] V. Botella-Soler et al.: Large-scale cortical dynamics of sleep slow waves. (2012) PLoS ONE 7(2): e30757

Anuncis

Deixa un comentari

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

Esteu comentant fent servir el compte WordPress.com. Log Out / Canvia )

Twitter picture

Esteu comentant fent servir el compte Twitter. Log Out / Canvia )

Facebook photo

Esteu comentant fent servir el compte Facebook. Log Out / Canvia )

Google+ photo

Esteu comentant fent servir el compte Google+. Log Out / Canvia )

Connecting to %s