{"id":139462,"date":"2015-04-01T05:14:25","date_gmt":"2015-04-01T04:14:25","guid":{"rendered":"http:\/\/www.madrimasd.org\/blogs\/matematicas\/?p=139462"},"modified":"2015-04-01T14:44:30","modified_gmt":"2015-04-01T13:44:30","slug":"la-extrana-relacion-entre-numeros-y-neuronas","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.madrimasd.org\/blogs\/matematicas\/2015\/04\/01\/139462","title":{"rendered":"La extra\u00f1a relaci\u00f3n entre n\u00fameros y neuronas"},"content":{"rendered":"

Reportaje del ICMAT Newsletter #8<\/a>: Las matem\u00e1ticas como clave futura para entender el funcionamiento del cerebro.<\/strong><\/span><\/p>\n

Los avances de las matem\u00e1ticas permiten crear modelos para describir los procesos del cerebro relacionados con el trastorno bipolar o la memoria. Varios expertos de esta prometedora \u00e1rea interdisciplinar que mezcla matem\u00e1ticas y neurociencia se dieron cita en las sesiones especiales del X Congreso de Sistemas Din\u00e1micos, Ecuaciones Diferenciales y Aplicaciones del Instituto Americano de Ciencias Matem\u00e1ticas (AIMS), celebrado en el campus de Cantoblanco de la Universidad Aut\u00f3noma de Madrid del 7 al 11 de julio. El ICMAT fue uno de los coorganizadores locales del evento.<\/strong><\/p>\n

\"\"<\/a><\/p>\n

Blanca M\u00aa Fiz del Cerro (ICMAT).<\/em> Durante mucho tiempo, el trastorno bipolar se consider\u00f3 como una maldici\u00f3n disfrazada de locura o depresi\u00f3n que era mejor ocultar, y no fue hasta el siglo XIX cuando empez\u00f3 a entenderse como una enfermedad. La tambi\u00e9n conocida como depresi\u00f3n man\u00edaca afecta a m\u00e1s de 30 mil personas solo en Espa\u00f1a, seg\u00fan estimaciones de la Organizaci\u00f3n Mundial de la Salud (OMS). Un nuevo modelo matem\u00e1tico trata de explicar lo que ocurre durante los brotes de la enfermedad.<\/p>\n

Los\u00a0 ciclos man\u00eda-depresi\u00f3n se describen por patrones de oscilaciones y gracias a teor\u00edas geom\u00e9tricas de perturbaci\u00f3n se ha empezado a entender c\u00f3mo se produce el cambio de un estado an\u00edmico a otro. Los matem\u00e1ticos aun no pueden garantizar que su propuesta vaya a ser de utilidad cl\u00ednica pero \u201clo que es seguro es que este modelo explica los mecanismos que provocan el desarrollo de la enfermedad\u201d se\u00f1ala Ekaterina V. Kutafina, investigadora de la AGH Universidad de Ciencia y Tecnolog\u00eda de Cracovia (Polonia) \u00a0y conferenciante en una de las sesiones del X Congreso de Sistemas Din\u00e1micos, Ecuaciones Diferenciales y Aplicaciones del Instituto Americano de Ciencias Matem\u00e1ticas (AIMS), celebrado en el campus de Cantoblanco de la Universidad Aut\u00f3noma de Madrid del 7 al 11 de julio. Estas sesiones especiales, con 13 conferencias programadas durante el encuentro, se dedicaron a las aplicaciones de las matem\u00e1ticas a la neurociencia.<\/p>\n

\u201cLa neurociencia es uno de los campos cient\u00edficos m\u00e1s activos, y requiere la participaci\u00f3n de expertos de otras disciplinas. Sus aspectos inform\u00e1ticos y juegan un papel muy importante en la modelaci\u00f3n y experimentaci\u00f3n, as\u00ed como en explicar los mecanismos neurofisiol\u00f3gicos y los procesos cognitivos.\u201d As\u00ed introducen Roberto Barrio, profesor e investigador de la Universidad de Zaragoza (Espa\u00f1a) y Antoni Guillamon, investigador, de la Universidad de Polit\u00e9cnica de Catalu\u00f1a (Espa\u00f1a)\u00a0 la sesi\u00f3n especial que organizan dedicada a la din\u00e1mica no lineal en neurociencia. \u201cLas ecuaciones diferenciales son esenciales en la modelaci\u00f3n de estos fen\u00f3menos y, en consecuencia, las t\u00e9cnicas de sistemas din\u00e1micos y din\u00e1mica no linear se han convertido en recursos para estudiar los modelos neurol\u00f3gicos\u201d, aseguran.<\/p>\n

Para\u00a0 predecir los procesos biol\u00f3gicos neuronales es muy \u00fatil describir matem\u00e1ticamente las propiedades de las neuronas<\/p><\/blockquote>\n

Para poder predecir los procesos biol\u00f3gicos neuronales es muy \u00fatil describir matem\u00e1ticamente las propiedades de las neuronas, lo que se hace a trav\u00e9s de modelos. Uno de los m\u00e1s utilizados, el modelo de Hodgkin-Huxley, explica el comportamiento el\u00e9ctrico de las c\u00e9lulas nerviosas a trav\u00e9s de la generaci\u00f3n y propagaci\u00f3n de impulsos el\u00e9ctricos. Para hacer el modelo m\u00e1s manejable con ordenadores, se han propuesto simplificaciones como la de FitzHugh-Nagumo y la de Hindmarsh-Rose. Tienen la peculiaridad de que s\u00f3lo describen la din\u00e1mica como la transici\u00f3n entre periodos de reposo y \u201cexplosiones\u201d de impulsos el\u00e9ctricos y el ritmo de los mismos. Gracias a su gran eficiencia computacional permiten simular un gran n\u00famero de c\u00e9lulas nerviosas interconectadas formando una red neuronal y los cambios en la estructura de dichas c\u00e9lulas.<\/p>\n

Entender la capacidad neuropl\u00e1stica para tratar el da\u00f1o cerebral <\/strong><\/p>\n

Contradiciendo al refranero, el saber s\u00ed ocupa lugar. Cuando se percibe algo nuevo las neuronas desarrollan filamentos conocidos como axones y dendritas que sirven de conexi\u00f3n con otras neuronas, creando lo que se conoce como red neuronal. Esta mara\u00f1a de nexos es lo que da cabida a la memoria. Por tanto, cuantas m\u00e1s experiencias o est\u00edmulos perciba una persona, m\u00e1s conexiones desarrolla. Estas ocupan un espacio y hacen crecer el volumen del cerebro. Pero con la edad, se inicia el proceso de muerte neuronal, disminuyendo la capacidad neuropl\u00e1stica <\/em>del cerebro. Esta capacidad del sistema nervioso para dar respuesta a la informaci\u00f3n novedosa se ha sugerido como clave para el desarrollo de tratamientos m\u00e1s eficaces para el da\u00f1o cerebral, causado por una lesi\u00f3n traum\u00e1tica, un accidente cerebrovascular, el deterioro por la edad o una enfermedad degenerativa. Hay diversos componentes bioqu\u00edmicos y fisiol\u00f3gicos detr\u00e1s de este proceso, que requiere de diferentes reacciones dentro y fuera de las neuronas que permiten generar una respuesta.<\/p>\n

Cuantas m\u00e1s experiencias o est\u00edmulos perciba una persona, m\u00e1s conexiones desarrolla<\/p><\/blockquote>\n

Neuro-DYVERSE (Sistemas de Verificaci\u00f3n conducidos por la Din\u00e1mica y con consideraciones de Energ\u00eda, en sus siglas en ingl\u00e9s) es una nueva aplicaci\u00f3n que pretende entender c\u00f3mo funciona la memoria humana, mediante nuevas perspectivas en la modelaci\u00f3n, an\u00e1lisis y control de sistemas como la neuroplasticidad. Surgi\u00f3 como respuesta ante la falta de conocimiento sobre el funcionamiento de las redes neuronales y su relaci\u00f3n con el proceso de aprendizaje y memoria. \u201cLos modelos existentes est\u00e1n muy limitados. Este es un paso hacia un mejor entendimiento de los procesos din\u00e1micos adaptativos involucrados en la formaci\u00f3n y consolidaci\u00f3n de la memoria en cerebros humanos.\u201d, aseguraba Eva Navarro-L\u00f3pez, de la escuela de ciencias inform\u00e1ticas de la Universidad de Manchester, Reino Unido.<\/p>\n

Para que el cerebro pueda producir recuerdos, tiene que ser capaz de fortalecer las conexiones que m\u00e1s se usan, es lo que se conoce como potenciaci\u00f3n a largo plazo. En este proceso participan unos canales que se activan mediante neurotransmisores. Cuando esta mol\u00e9cula \u00a0entra en la hendidura sin\u00e1ptica de la neurona crea un impulso el\u00e9ctrico Esta conexi\u00f3n \u201cpositiva\u201d desencadena una serie de procesos bioqu\u00edmicos que convierten a la neurona en un canal \u201cpredilecto\u201d para pr\u00f3ximas conexiones, haciendo que sea m\u00e1s fuerte. El proceso incrementa el n\u00famero de canales, y tambi\u00e9n cambia la forma de unas espinas que se encuentran en las dendritas y as\u00ed mejora la conexi\u00f3n. \u201cTodav\u00eda desconocemos estas\u00a0 interacciones interneuronales, Las neuronas son importantes, pero \u00bfqu\u00e9 pasa con su conjunto?\u201d, reflexionaba Navarro-L\u00f3pez.<\/p>\n

En ese punto surge Neuro-DYVERSE, que combina teor\u00edas de diferentes disciplinas como los sistemas h\u00edbridos, ingenier\u00eda, sistemas din\u00e1micos y ciencia de redes. Por un lado, los sistemas h\u00edbridos proporcionan los modelos que representan el comportamiento din\u00e1mico o variable que tiene un sistema. Como hablamos de neuronas, est\u00e1 relacionado con las teor\u00edas de l\u00f3gica difusa y redes neuronales.<\/p>\n

Sin embargo, Neuro-DYVERSE no es m\u00e1s que una de las aplicaciones dentro de la red de investigaci\u00f3n DYVERSE. \u00c9sta pretende entender el comportamiento complejo de los sistemas h\u00edbridos (cuya din\u00e1mica es tanto discreta como continua). Para ello DYVERSE propone un sistema de tres pasos. Primero se extrae la informaci\u00f3n del sistema din\u00e1mico que se quiere estudiar. A continuaci\u00f3n se procede a la verificaci\u00f3n formal, que comprueba que el sistema se comporta de forma correcta y, por \u00faltimo, la supervisi\u00f3n mediante ingenier\u00eda de control. Una vez llevado a cabo este proceso, se validan estos datos te\u00f3ricos de forma experimental mediante un prototipo.<\/p>\n

para que el cerebro pueda producir recuerdos, tiene que ser capaz de fortalecer las conexiones que m\u00e1s se usan<\/p><\/blockquote>\n

Es el resultado de una larga investigaci\u00f3n que combina la ingenier\u00eda, la inform\u00e1tica y la teor\u00eda de sistemas din\u00e1micos. \u201cLas herramientas de los sistemas h\u00edbridos pueden aportar respuestas desde otro punto de vista\u201d, afirmaba Eva Navarro-L\u00f3pez. A pesar de los recientes avances, a\u00fan quedan retos a los que enfrentarse como la recopilaci\u00f3n de datos de forma adecuada en sistemas complejos o las simulaciones a tiempo real.<\/p>\n

Navarro-L\u00f3pez acab\u00f3 su intervenci\u00f3n recordando unas l\u00edneas de \u201cDegeneraci\u00f3n y regeneraci\u00f3n en el sistema nervioso\u201d, del Nobel espa\u00f1ol Ram\u00f3n y Cajal: \u201cLa especializaci\u00f3n funcional del cerebro impone a las neuronas dos grandes lagunas: la incapacidad de proliferaci\u00f3n y la irreversibilidad de la diferenciaci\u00f3n intraprotoplasm\u00e1tica. Es por esta raz\u00f3n que, una vez terminado el desarrollo, las fuentes de crecimiento y regeneraci\u00f3n de los axones y dendritas se secan irrevocablemente. En los cerebros adultos las v\u00edas nerviosas son algo fijo, terminado, inmutable.\u00a0 Todo puede morir, nada puede regenerarse\u2026 Corresponde a la ciencia del futuro cambiar, si es posible, este cruel decreto.\u201d<\/p>\n

\u2014<\/p>\n

Bolet\u00edn ICMAT<\/h1>\n

El Instituto de Ciencias Matem\u00e1ticas<\/em> (ICMAT) lanza este bolet\u00edn con el que quiere mostrar a la comunidad cient\u00edfica y a todos aquellos interesados en el avance de esta disciplina la actividad investigadora de excelencia que se lleva a cabo en el centro. El bolet\u00edn quiere ser un reflejo de lo que ocurre en el ICMAT y, de manera m\u00e1s amplia, en un centro de excelencia de investigaci\u00f3n matem\u00e1tica. Se presentan temas de inter\u00e9s relacionados con la investigaci\u00f3n matem\u00e1tica actual, la actividad cient\u00edfica del centro y algunos de los perfiles desatacados de la comunidad cient\u00edfica, presentados para p\u00fablico general con inter\u00e9s por la ciencia.\u00a0 Los autores de estos art\u00edculos son los propios investigadores del Instituto u otros matem\u00e1ticos que colaboren con el ICMAT, adem\u00e1s de un equipo especial dedicado a la comunicaci\u00f3n de las matem\u00e1ticas.<\/p>\n

Puede suscribirse a la lista de distribuci\u00f3n en este enlace<\/a><\/p>\n

Puede descargar el \u00faltimo n\u00famero en http:\/\/www.icmat.es\/outreach\/newsletter\/num8<\/p>\n

Y todos los n\u00fameros publicados hasta ahora en http:\/\/www.icmat.es\/outreach\/newsletter<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

Reportaje del ICMAT Newsletter #8: Las matem\u00e1ticas como clave futura para entender el funcionamiento del cerebro. Los avances de las matem\u00e1ticas permiten crear modelos para describir los procesos del cerebro relacionados con el trastorno bipolar o la memoria. Varios expertos de esta prometedora \u00e1rea interdisciplinar que mezcla matem\u00e1ticas y neurociencia se dieron cita en las sesiones especiales del X Congreso de Sistemas Din\u00e1micos, Ecuaciones Diferenciales y Aplicaciones del Instituto Americano de Ciencias Matem\u00e1ticas (AIMS), celebrado en el campus de Cantoblanco de la Universidad Aut\u00f3noma de Madrid del 7 al 11 de julio. 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