Les neurones milloraran les xarxes que mouen el m¨®n

Tot i que de vegades no ho sembla, els humans portem damunt les espatlles l'objecte conegut?m¨¦s complex de l'univers: el cervell. Si pogu¨¦ssim estirar tot el cablejat que hi ha entre les nostres neurones, n'hi hauria de sobres per anar i tornar a la Lluna cinc vegades. Ni les estrelles, ni les gal¨¤xies, ni el creixent tr¨¤nsit aeri que cada dia recorre el planeta, ni cap altre sistema estudiable presenta m¨¦s complexitat que l'enc¨¨fal. Tampoc hi ha gaires exemples de xarxes m¨¦s eficients. Per aix¨°, des de fa algun temps, els cient¨ªfics intenten entendre millor aquest entramat natural amb 100.000 milions de neurones i 100 bilions de connexions per millorar altres xarxes artificials.

Entre aquestes xarxes hi ha la l¨ªnia el¨¨ctrica, Internet, les xarxes de transports i les transaccions financeres, que en molts casos depenen les unes de les altres. Comparades amb el cervell, s¨®n molt menys eficients i pateixen errors ¡°catastr¨°fics¡±. Primer cau un node en una xarxa, despr¨¦s un altre a una altra xarxa connectada, i aix¨ª fins a generar una cascada d'errors?imparable. El 2003, un problema d'aquest tipus va deixar sense electricitat gaireb¨¦ tot It¨¤lia. Centenars de passatgers van quedar atrapats en trens i metros, es va parar el tr¨¤nsit aeri, Internet va deixar de funcionar i aix¨°, al seu torn, va fer caure m¨¦s centrals el¨¨ctriques. Unes males connexions van acabar deixant sense llum 50 milions de persones i? van causar almenys tres morts atribu?bles a l'apagada.

Els experts en xarxes complexes naturals, una disciplina que uneix neurocient¨ªfics, f¨ªsics i matem¨¤tics, creuen que si les nostres xarxes artificials imitessin les xarxes naturals no passarien aquests errors catastr¨°fics. Per¨°, com ho fa el cervell per ser tan estable i resistent a apagades?

Avions i virus

Investigadors espanyols acaben d'aportar importants dades sobre el tema. Tenint en compte la immensitat del cervell, el primer que han fet ¨¦s reduir les xarxes neuronals a esquemes de ¡°boletes i ratlletes¡±, explica el neurocient¨ªfic Santiago Canals, que treballa a l'Institut de Neuroci¨¨ncies d'Alacant. Normalment triguem fraccions de segon a veure un enorme cotxe negre que ens passa a tota velocitat davant dels ulls. Ho fem gr¨¤cies a xarxes neuronals interconnectades que capten moviment, color i forma. L'equivalent al m¨®n exterior seria la xarxa el¨¨ctrica, l'Internet i la resta de sistemes que us permeten llegir aquesta not¨ªcia o que s'asseguren que els vols arribin a temps, per exemple.

Fins ara, una variant de les matem¨¤tiques coneguda com a teoria de grafs s'ha aplicat a problemes com el tr¨¤nsit aeri o l'expansi¨® de virus i epid¨¨mies. La teoria permet redirigir el tr¨¤nsit aeri a Europa si tanca l'aeroport de Barajas o Frankfurt o estimar les rutes d'expansi¨® de l'ebola partint de la xarxa de transports d'un pa¨ªs. ¡°Fins ara aquests problemes abastaven nom¨¦s una xarxa; ara el nostre objectiu ¨¦s abordar una xarxa de xarxes¡±, detalla Canals. ¡°Es tracta d'una disciplina que est¨¤ naixent i el nostre treball ¨¦s un dels primers que explica com connectar millor diverses xarxes copiant exemples presos de la naturalesa¡±, afirma.

L'equip de Canals ha aplicat models matem¨¤tics per trobar la xarxa de xarxes ¨°ptima a prova d'errors catastr¨°fics. ¡°El que hem vist ¨¦s que una xarxa de xarxes ¨¦s estable quan els nodes tenen molts enlla?os dins de la seva pr¨°pia xarxa i, a m¨¦s, els nodes que connecten una xarxa amb una altra s¨®n similars entre si¡±, explica Canals. El m¨¦s ¡°sorprenent¡±, diu, ¨¦s que el seu equip ha trobat aquesta mateixa organitzaci¨® ¡°¨°ptima¡± en els cervells de desenes de voluntaris, tant quan duien a terme una tasca cognitiva com quan simplement es relaxaven amb els ulls oberts. La resson¨¤ncia magn¨¨tica funcional els permet veure en directe com s'encenen els diferents nodes neuronals i comprovar que s'organitzen seguint els mateixos principis que predeien els models matem¨¤tics. L'estudi s'ha publicat a?Nature Physics i tamb¨¦ hi han participat f¨ªsics dels EUA, l'Argentina i el Brasil.

Con¨¨ixer el cablejat del cervell ens obrir¨¤ la porta a comprendre com es reorganitza despr¨¦s d'un accident i, amb el temps, a entendre la mem¨°ria o el llenguatge" Florentino Borondo

¡°Les xarxes que constru?m els humans estan connectades a l'atzar o en funci¨® dels accidents geogr¨¤fics¡±, explica Canals. ¡°L'estructura que hem observat podria inspirar reformes de les xarxes el¨¨ctriques, per exemple, fent que aquesta xarxa i Internet es comuniquin entre si nom¨¦s des de grans nodes de tipus similar [en nombre de connexions]¡±, detalla.

Un altre camp d'aplicaci¨® d'aquesta incipient disciplina ¨¦s entendre millor malalties psiqui¨¤triques i neurol¨°giques. L'equip de Canals ja ha comen?at a fer estudis amb animals per comprovar que hi ha malalties neurol¨°giques i psiqui¨¤triques atribu?bles a males connexions que reorganitzen el cablejat del cervell.

Florentino Borondo, un matem¨¤tic de l'Institut de Ci¨¨ncies Matem¨¤tiques (ICMAT) expert en sistemes complexos, opina que es tracta d'un estudi ¡°molt interessant¡±. ¡°Totes aquestes xarxes, tant biol¨°giques com artificials, o les socials, amics, relacions, etc¨¨tera, comparteixen certes caracter¨ªstiques definit¨°ries que fan que puguin ser estudiades amb les mateixes teories matem¨¤tiques¡±, comenta. A part del potencial per fer m¨¦s eficients les xarxes humanes, Borondo, que no ha participat en el treball, coincideix en el potencial d'aquest enfocament per entendre millor l'enc¨¨fal i les seves dol¨¨ncies. ¡°Con¨¨ixer el cablejat del cervell ens obrir¨¤ la porta per entendre com es reorganitza despr¨¦s d'un accident, ja sigui traum¨¤tic o vascular, i entendre amb el temps les seves funcions elevades com la mem¨°ria o llenguatge. Aqu¨ª radica la nostra ess¨¨ncia¡±, conclou.