Si examinem l’activitat del nostre cervell en conjunt, la primera imatge que ens ve al cap és la de la pantalla d’un televisor no sintonitzat: una imatge sorollosa formada per punts blancs i negres. La pregunta aleshores és, com és possible que el cervell funcioni de manera tan endreçada? Els equips de recerca de Jordi García-Ojalvo, líder del Laboratori de Dinàmica dels Sistemes Biològics i catedràtic de la Universitat Pompeu Fabra (UPF), i Maria V. Sánchez-Vives, líder de l’equip de Neurociència de Sistemes i professora de recerca ICREA a l’Institut d’Investigacions Biomèdiques August Pi i Sunyer (IDIBAPS), estudien el fenomen de la coherència estocàstica en el cervell en un article que publicat a la revista Nature Physics.

Les neurones que allotja el nostre cervell no semblen seguir un patró de comportament endreçat. De fet, l’activitat individual d’una neurona rarament mostra regularitat en els seus impulsos. Com s’expliquen aleshores els cicles tan marcats que regeixen el funcionament del nostre cervell, en especial en períodes com la son? Els investigadors apunten com a responsable l’anomenat “soroll de fons”, és a dir, el conjunt de senyals aleatoris que es donen habitualment a qualsevol sistema i que són normalment considerats indesitjables. Imaginem una resposta neuronal que depengui de que la magnitud del senyal assoleixi un llindar determinat. Potser el senyal per si sol, malgrat ser cíclic i regular, no arriba al llindar necessari per desencadenar aquesta resposta. Tot i així, si a aquest senyal cíclic hi sumem un soroll de fons, el valor del senyal augmenta i s’arriba a superar el llindar necessari que donarà lloc a la resposta.

Aquest mecanisme ha estat descrit amb anterioritat en un altre tipus de sistemes. Les glaciacions de la Terra, per exemple, s’han succeït de manera força regular al llarg de milions d’anys. No obstant, l’eix de rotació de la Terra no és el suficient per explicar aquestes glaciacions periòdiques. Es tracta de la ressonància estocàstica: són les fluctuacions aleatòries (soroll de fons) les que se sumen a la dèbil oscil·lació de l’eix de rotació i atorguen regularitat a les glaciacions. El fenomen s’ha descrit també a sistemes biològics. El peix espàtula detecta el seu aliment, el plàncton, a través de dèbils oscil·lacions que aquest emet de manera regular. Un estudi realitzat a la Universitat de Missouri demostra que, afegint soroll de fons (oscil·lacions elèctriques aleatòries) al sistema, el peix espàtula detecta més fàcilment el plàncton i per això n’ingereix més.

L’equip científic de la UPF i de l’IDIBAPS ha estudiat el còrtex cerebral en situacions que simulen l’estat de son profund, i han escrit per primer cop aquesta coherència estocàstic en el cervell. Per fer-ho, han controlat el nivell de soroll modificant l’excitabilitat del còrtex, i han observat que les ones lentes característiques del son profund es fan més regulars quan aquesta excitabilitat, i per tant l’aleatorietat, augmenta. Així, han aconseguit detectar que hi ha un nivell de soroll que és òptim per aconseguir la màxima regularitat, però, a partir d’aquest punt, el soroll domina sobre l’ordre. Resulta que el soroll de fons, allò que podríem comparar amb els punts blancs i negres que es veien antany en el televisor no sintonitzat, és el que permet que els senyals tan irregulars que generen les neurones siguin convertides en oscil·lacions que sovint mostren la regularitat d’un rellotge.

Treball de referència: Belén Sancristóbal, Beatriz Rebollo, Pol Boada, Maria V. Sanchez-Vives, Jordi Garcia-Ojalvo. Collective stochastic coherence in recurrent neuronal networks. Nature Physics, Maig 2016. DOI: 10.1038/NPHYS3739