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Criticalidad: equilibrio cerebral entre el caos y el orden

¿Cómo logra nuestro cerebro procesar información de manera tan eficiente? Algunos científicos ven la clave en un proceso denominado criticalidad.

Una bandeja con secciones de corteza cerebral de rata cultivadas en el laboratorio de John Beggs, de la Universidad de Indiana. Los electrodos registran cascadas de actividad neuronal conocidas como «avalanchas neuronales». [ERIC RUDD / UNIVERSIDAD DE INDIANA]

En síntesis

Algunos científicos proponen que nuestro cerebro trabaja de manera eficiente porque se encuentra en un estado de equilibrio entre el caos y el orden.

El concepto de criticalidad proviene de la mecánica estadística. Establece, entre otras cosas, que los pequeños eventos acontecen exponencialmente con mayor frecuencia que los grandes.

Diversos experimentos en ratas sugieren que los patrones de ­actividad neuronal se corresponden con la criticalidad ­autorganizada. No obstante, quedan muchas preguntas por resolver. Además, no todos los resultados se ajustan a este modelo.

Un equipo de físicos brasileños que analiza el cerebro de ratas y otros animales publicó en 2019 la mayor prueba hasta la fecha de que el cerebro se mantiene en equilibrio en el límite entre dos modos de operación, un estado precario pero versátil conocido como criticalidad. Al mismo tiempo, estos hallazgos desafiaban algunos de los supuestos originales de esta controvertida hipótesis del «cerebro crítico».

Entender el modo en que la enorme red de neuronas de que consta nuestro cerebro procesa la información sobre el mundo es un misterio desalentador para los neurocientíficos. Un enigma de ese vasto puzle es cómo una sola estructura física puede tratar con la miríada de demandas de la vida. «Si el cerebro estuviera completamente desordenado, no podría procesar información», explica Mauro Copelli, físico de la Universidad Federal de Pernambuco en Brasil y coautor de la investigación. «Si estuviera demasiado ordenado, sería demasiado rígido para hacer frente a la variabilidad del entorno», añade.

En los años noventa del siglo pasado, el físico Per Bak hipotetizó que el cerebro obtiene su chistera de trucos a partir de la criticalidad. El concepto surge de la mecánica estadística, campo en el que describe un sistema con muchas partes tambaleándose entre la estabilidad y el caos. Pensemos en una ladera nevada en invierno. Al principio del invierno, los deslizamientos de nieve son pequeños, pero las ventiscas al final de la estación pueden desencadenar aludes. En algún punto entre estas fases de orden y catástrofe se encuentra una particular acumulación de nieve en la que todo vale: la siguiente perturbación podría dar lugar a un goteo, a una avalancha o a algo intermedio. Estos fenómenos no ocurren con igual probabilidad. Antes bien, los deslizamientos pequeños suceden exponencialmente más a menudo que los deslizamientos mayores, los cuales acontecen exponencialmente con mayor frecuencia que aquellos aún mayores, y así sucesivamente. Pero en el «punto crítico», como los físicos denominan a esta configuración, los tamaños y frecuencias de los eventos obedecen una simple relación exponencial. Bak argumentó que, al llegar a ese punto óptimo, el cerebro se convertiría en un procesador de información capaz y flexible.

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