Tus neuronas mejorar¨¢n las redes que mueven el mundo

Aunque a veces no lo parece, los humanos llevamos sobre los hombros el objeto m¨¢s complejo del universo conocido: el cerebro. Si pudi¨¦ramos estirar todo el cableado que hay entre nuestras neuronas habr¨ªa de sobra para ir y volver a la Luna cinco veces. Ni las estrellas, ni las galaxias, ni el creciente tr¨¢fico a¨¦reo que cada d¨ªa recorre el planeta, ni nig¨²n otro sistema estudiable presenta mayor complejidad que el enc¨¦falo. Tampoco hay muchos ejemplos de redes m¨¢s eficientes. Por eso, desde hace alg¨²n tiempo, los cient¨ªficos intentan entender mejor este entramado natural con 100.000 millones de neuronas y 100 billones de conexiones para mejorar otras redes artificiales.

Entre ellas est¨¢n el tendido el¨¦ctrico, internet, las redes de transportes y las transacciones financieras, que en muchos casos dependen unas de otras. Comparadas con el cerebro, son mucho menos eficientes y sufren fallos ¡°catastr¨®ficos¡±. Primero cae un nodo en una red, luego otro en otra red conectada, y as¨ª hasta generar una imparable cascada de fallos. En 2003, un problema de este tipo dej¨® sin electricidad a casi toda Italia. Cientos de pasajeros quedaron atrapados en trenes y metros, se par¨® el tr¨¢fico a¨¦reo, Internet dej¨® de funcionar y esto a su vez hizo caer m¨¢s centrales el¨¦ctricas. Unas malas conexiones acabaron dejando sin luz a 50 millones de personas y? causaron al menos tres muertes achacables al apag¨®n.

Los expertos en redes complejas naturales, una disciplina que a¨²na a neurocient¨ªficos, f¨ªsicos y matem¨¢ticos, creen que si nuestras redes artificiales imitasen a las redes naturales no suceder¨ªan estos fallos catastr¨®ficos. Pero ?c¨®mo hace el cerebro para ser tan estable y resistente a apagones?

Aviones y virus

Investigadores espa?oles acaban de aportar importantes datos sobre el tema. Dada la inmensidad del cerebro, lo primero que han hecho es reducir las redes neuronales a esquemas de ¡°bolitas y rayitas¡±, explica el neurocient¨ªfico Santiago Canals, que trabaja en el Instituto de Neurociencias de Alicante. Normalmente nos lleva fracciones de segundo ver un enorme coche negro que pasa a toda velocidad ante nuestros ojos. Lo hacemos gracias a redes neuronales interconectadas que captan movimiento, color y forma. El equivalente en el mundo exterior ser¨ªa la red el¨¦ctrica, el internet y el resto de sistemas que le permiten leer esta noticia o que se aseguran de que los vuelos lleguen a tiempo, por ejemplo.

Hasta ahora, una variante de las matem¨¢ticas conocida como teor¨ªa de grafos se ha aplicado a problemas como el tr¨¢fico a¨¦reo o la expansi¨®n de virus y epidemias. La teor¨ªa permite redirigir el tr¨¢fico a¨¦reo en Europa si cierra el aeropuerto de Barajas o Frankfurt o estimar las rutas de expansi¨®n del ¨¦bola partiendo de la red de transportes de un pa¨ªs. ¡°Hasta ahora estos problemas abarcaban solo una red; ahora nuestro objetivo es abordar una red de redes¡±, detalla Canals. ¡°Se trata de una disciplina que est¨¢ naciendo y nuestro trabajo es uno de los primeros que explica c¨®mo conectar mejor varias redes copiando ejemplos tomados de la naturaleza¡±, explica.

El equipo de Canals ha aplicado modelos matem¨¢ticos para dar con la red de redes ¨®ptima a prueba de fallos catastr¨®ficos. ¡°Lo que hemos visto es que una red de redes es estable cuando los nodos tienen muchos enlaces dentro de su propia red y, adem¨¢s, los nodos que conectan una red con otra son similares entre s¨ª¡±, explica Canals. Lo m¨¢s ¡°sorprendente¡±, dice, es que su equipo ha encontrado esa misma organizaci¨®n ¡°¨®ptima¡± en los cerebros de decenas de voluntarios, tanto cuando realizaban una tarea cognitiva como cuando simplemente se relajaban con los ojos abiertos. La resonancia magn¨¦tica funcional les permite ver en directo c¨®mo se encienden los diferentes nodos neuronales y comprobar que se organizan siguiendo los mismos principios que predec¨ªan los modelos matem¨¢ticos. El estudio se ha publicado enNature Physics y en ¨¦l que tambi¨¦n han participado f¨ªsicos de EEUU, Argentina y Brasil.

Conocer el cableado del cerebro nos abrir¨¢ la puerta a entender c¨®mo se reorganiza tras un accidente y, con el tiempo, a entender la memoria o lenguaje"Florentino Borondo

¡°Las redes que construimos los humanos est¨¢n conectadas al azar o en funci¨®n de los accidentes geogr¨¢ficos¡±, explica Canals. ¡°La estructura que hemos observado podr¨ªa inspirar reformas de las redes el¨¦ctricas, por ejemplo, haciendo que esta e Internet se comuniquen entre s¨ª solo desde grandes nodos de tipo similar [en n¨²mero de conexiones]¡±, detalla.

Otro campo de aplicaci¨®n de esta incipiente disciplina es entender mejor enfermedades psiqui¨¢tricas y neurol¨®gicas. El equipo de Canals ha comenzado ya a hacer estudios con animales para comprobar que hay enfermedades neurol¨®gicas y psiqui¨¢tricas achacables a malas conexiones que reorganizan el cableado del cerebro.

Florentino Borondo, un matem¨¢tico del Instituto de Ciencias Matem¨¢ticas (ICMAT) experto en sistemas complejos, opina que se trata de un estudio ¡°muy interesante¡±. ¡°Todas estas redes, tanto biol¨®gicas como artificiales, o las sociales, amigos, relaciones, etc¨¦tera, comparten ciertas caracter¨ªsticas definitorias que hacen que puedan ser estudiadas con las mismas teor¨ªas matem¨¢ticas¡±, comenta. Aparte del potencial para hacer m¨¢s eficientes las redes humanas, Borondo, que no ha participado en el trabajo, coincide en el potencial de este enfoque para entender mejor el enc¨¦falo y sus dolencias. ¡°Conocer el cableado del cerebro nos abrir¨¢ la puerta para entender c¨®mo este se reorganiza despu¨¦s de un accidente, bien traum¨¢tico o vascular, y entender con el tiempo sus funciones elevadas como la memoria o lenguaje. Ah¨ª radica nuestra esencia¡±, concluye.