En un nou article, publicat a la revista internacional de referència Trends in Cognitive Science, investigadors de la Universitat Pompeu Fabra i la Universitat d'Oxford exposen que han descobert una teoria revolucionària de la termodinàmica de la ment per descriure com s'organitza la ment al llarg del temps. Basant-se en la poderosa teoria física de la termodinàmica, els investigadors han pogut determinar com, fins i tot partint de nivells mínims d'energia, el cervell ens permet no només sobreviure, sinó també prosperar. De fet, tot i ser molt més lent que els ordinadors i la IA, que requereixen un consum massiu d'energia, el cervell humà és capaç de resoldre problemes de profunda complexitat molt millor que la IA a través de la seva organització jeràrquica.

Fonamentalment, la teoria de la termodinàmica proposa que el manteniment de la vida es basa a evitar l'equilibri i que qualsevol organisme viu intercanvia constantment un flux de matèria i energia amb el seu entorn. Segons aquest punt de vista, l'equilibri últim és la mort i, per tant, la supervivència depèn de mantenir-se tan lluny com sigui possible de l'equilibri. Així ho exposa l'obra Què és la vida? (1944) del Premi Nobel de Física Erwin Schrödinger. Igual que Albert Einstein, també guanyador del Nobel, Schrödinger va trobar en la teoria de la termodinàmica la inspiració per a moltes de les seves investigacions.

El flux d'energia entre el cervell i l’entorn ambiental genera el desequilibri necessari per sostenir la vida, segons la nova teoria dels investigadors

Amb la seva nova teoria, els investigadors de la UPF i la Universitat d'Oxford mostren com el flux d'energia entre el cervell i el medi ambient provoca el desequilibri necessari per sostenir la vida. La teoria es basa en idees clau de la física i permet als investigadors quantificar i caracteritzar el processament cerebral que porta al desequilibri amb un alt grau de precisió.

Per part de la UPF, el professor Gustavo Deco, director del grup de Neurociència Computacional del Center for Brain and Cognition de la Universitat, assegura: “El que és notable de la termodinàmica és que permet descriure l'evolució de l'activitat cerebral al llarg del temps matemàticament i de forma específica en termes de producció d'entropia, que augmenta quan un sistema passa de l'ordre al desordre, com quan un got es trenca. La producció total d'entropia es pot calcular i, si és major que zero, es diu que un sistema és irreversible i està en desequilibri. Això permet mesurar com l'entorn impulsa el cervell simplement mesurant el nivell de no reversibilitat dels senyals cerebrals. Hem demostrat com la teoria pot capturar l'evolució de l'activitat cerebral al llarg del temps i la producció d'entropia al cervell, cosa que permet una avaluació precisa de com l’entorn exterior i el nostre propi cos porten el cervell al desequilibri en diferents situacions . Potencialment, això fins i tot es podria fer servir per descriure els canvis en l'equilibri del cervell d'una persona malalta abans que comencin a aparèixer símptomes evidents”.

El Dr. Yonatan Sanz Perl, vinculat a la Universitat d'Oxford i a la UPF, també fa referència a un altre factor clau per a la transmissió d'informació dins del cervell, la turbulència, que defineix com “el mètode òptim de la natura per barrejar i transmetre energia/informació a través del temps i l’espai de la manera més eficient”. “La teoria també descriu els principis de la turbulència, que són parts importants de la termodinàmica per descriure la generació no lineal dels estats cerebrals de desequilibri. Aquesta investigació ens ha permès anar més enllà de la simple anàlisi de l’evolució temporal de l’activitat cerebral en sistemes que no estan en equilibri i investigar estats patològics turbulents com el trastorn bipolar. En general, la pregunta de Schrödinger sobre què ens fa sobreviure també es podria plantejar en termes de com el cervell permet el grau òptim de barreja entre informació intrínseca i extrínseca. Els nous resultats presentats aquí mostren que el cervell clarament empra la turbulència en la cerca per mantenir-se lluny de l'equilibri per poder sobreviure” – afegeix Sanz Perl.

Així mateix, el professor Morten L. Kringelbach, director del Centre for Eudaimonia and Human Flourishing del Linacre College i investigador del Departament de Psiquiatria de la Universitat d'Oxford, afirma: “Com a tal, la turbulència i el desequilibri termodinàmic són dues cares de la mateixa moneda sobre com el cervell és impulsat per l’entorn i alhora navega a través seu. Aquests principis ens permeten no només sobreviure, sinó també, de tant en tant, prosperar. Per tant, un dels nostres principals objectius en l’actualitat és utilitzar aquest marc per descobrir els mecanismes cerebrals subjacents mitjançant l'estudi d'estats cerebrals com la meditació, la música i la psicodèlia (excitació extrema dels sentits a través d'estimulants, música estrident, llums de colors canviants…) que se sap que evoquen estats d'eudaimònia i floriment”. L'eudaimònia és un terme filosòfic grec que fa referència a la felicitat, benestar o a la vida bona, associat al floriment humà.

Article de referència:

Kringelbach, ML, Sanz Perl, I.; Deco, G. The Thermodynamics of Mind. Trends in Cognitive Science, 26 d'abril del 2024. https://doi.org/10.1016/j.tics.2024.03.009