Las neuronas que alberga nuestro cerebro no parecen seguir un patrón de comportamiento ordenado. De hecho, la actividad de una neurona individual raramente muestra regularidad en sus impulsos. ¿Cómo se explican entonces los ciclos tan marcados que rigen el funcionamiento de nuestro cerebro, en especial en periodos como el sueño? Los investigadores apuntan como responsable al llamado “ruido de fondo”, es decir, el conjunto de señales aleatorias que se dan habitualmente en cualquier sistema y que son normalmente consideradas indeseables. Imaginemos una respuesta neuronal que dependa de que la magnitud de la señal alcance cierto umbral. Quizás, la señal por sí sola, aunque sea cíclica y regular, no llegue al umbral necesario para desencadenar dicha respuesta. Sin embargo, si a esta señal cíclica le añadimos un ruido de fondo, el valor de la señal aumenta, y se llega a superar así el umbral necesario que dará lugar a la respuesta.
Este mecanismo ha sido descrito con anterioridad en otro tipo de sistemas. Las glaciaciones de la Tierra, por ejemplo, se han sucedido de forma bastante regular a lo largo de millones de años. Sin embargo, el eje de rotación de la Tierra no es suficiente como para explicar estas glaciaciones periódicas. Se trata de la resonancia estocástica: son las fluctuaciones aleatorias (ruido de fondo) las que se suman a la débil oscilación del eje de rotación y otorgan regularidad a las glaciaciones. El fenómeno se ha descrito también en sistemas biológicos. El pez espátula detecta su alimento, el plancton, a través de débiles oscilaciones eléctricas que éste emite de manera regular. Un estudio realizado en la Universidad de Missouri demuestra que, añadiendo ruido de fondo (oscilaciones eléctricas aleatorias) al sistema, el pez espátula detecta más fácilmente el plancton y por ello, ingiere más.
El equipo científico de la UPF y del IDIBAPS ha estudiado la corteza cerebral en situaciones que simulan el estado de sueño profundo, y han descrito por primera vez esta coherencia estocástica en el cerebro. Para ello controlan el nivel de ruido variando la excitabilidad de la corteza, y observan que las ondas lentas características del sueño profundo se hacen más regulares cuando dicha excitabilidad, y por tanto la aleatoriedad, aumenta. Así, han logrado detectar que hay un nivel de ruido que es óptimo para alcanzar la máxima regularidad, a partir del cual el ruido domina sobre el orden. Resulta que el ruido de fondo, comparable a los puntos blancos y negros que se veían antaño en un televisor no sintonizado, es lo que permite que las señales tan irregulares que generan las neuronas sean convertidas en oscilaciones que a menudo muestran la regularidad de un reloj.
Referencia del artículo:
Collective stochastic coherence in recurrent neuronal networks
Bele´n Sancristo´bal, Beatriz Rebollo, Pol Boada, Maria V. Sanchez-Vives, Jordi Garcia-Ojalvo.
Nature Physics, Maig 2016. DOI: 10.1038/NPHYS3739