Portada

Por qué necesitamos las matemáticas para comprender el cerebro

Cuando le digo a la gente que uso las matemáticas y la ingeniería para estudiar y comprender cómo funciona el cerebro , la reacción que obtengo es a menudo de confusión. 

A pesar de la aparente conexión entre los dos, la realidad es que nunca seremos capaces de comprender cómo funciona el cerebro como sistema sin el uso de las matemáticas y los campos aplicados relacionados de la física y la ingeniería. 

Para entender por qué, primero debemos comprender algo sobre lo complejo que es el cerebro.

El cerebro es verdaderamente un sistema complejo, en el sentido de que el todo es mayor que la suma de sus partes.

El cerebro es complejo, no simplemente complicado

La increíble capacidad del cerebro para aprender cosas nuevas, ser creativo y su capacidad para extrapolar nueva información a partir de datos limitados e incompletos (ruidosos) son el resultado de un número casi incontable de cálculos internos.

Para intentar captar el tamaño de esta máquina computacional, considere que el cerebro es una red masiva de células densamente interconectadas que consta de aproximadamente 171 billones de células cerebrales , aproximadamente 86 mil millones de neuronas y otros 85 mil millones de células no neuronales. 

Hay aproximadamente 10 billones de conexiones solo entre neuronas, es decir, 10 seguido de 15 ceros.

Más allá del mero tamaño de esta enorme red, es importante apreciar que el cerebro es realmente un sistema complejo, en el sentido de que el todo es más grande que la suma de sus partes. 

Tiene la capacidad de mostrar propiedades emergentes difíciles de comprender, como la autoconciencia y la conciencia. Sin embargo, incluso estas propiedades son presumiblemente el resultado de los mismos cálculos cerebrales. Cómo logra todo esto sigue siendo uno de los mayores misterios de la ciencia.

El papel de las matemáticas en la comprensión del cerebro es fundamental

Dado este grado de complejidad, si queremos comprender cómo todas las interacciones y cálculos dan lugar a las cosas increíbles que el cerebro humano (y los de muchas otras especies) puede hacer, tendremos que confiar en el uso de las matemáticas como método unificando el lenguaje y el marco dentro del cual describir todo. 

Para decirlo sin rodeos, simplemente no podemos realizar un seguimiento de todas las partes móviles, los detalles de todo lo que sabemos sobre el cerebro, sin él.

Los experimentos neurobiológicos que generan detalles sobre cómo funciona el cerebro en todas las diferentes escalas (genética, molecular, celular y en redes) son el núcleo de nuestra comprensión de una gran cantidad de procesos que subyacen en el funcionamiento del cerebro. 

Después de todo, la neurociencia, como todas las ciencias naturales, es un esfuerzo experimental. 

Sin embargo, ante tal complejidad, es simplemente imposible llegar a una comprensión profunda de los cálculos del cerebro y sus propiedades emergentes y capacidades cognitivas considerando los detalles y componentes individuales de forma aislada, ya sean genes, canales iónicos, proteínas, neuronas o regiones enteras del cerebro. 

Necesitamos el poder de las matemáticas para realizar un seguimiento de todos los detalles y sus interacciones en constante cambio para comprender cómo se influyen entre sí. Simplemente hay demasiadas partes móviles, demasiados detalles. 

Tal los modelos matemáticos del cerebro también son necesarios para permitir extraer inferencias lógicas que informen nuestra comprensión conceptual . Cómo un conjunto de cálculos A da como resultado un resultado observado E, como un comportamiento u otra salida motora, debe conectarse lógicamente a través de B, C y D para inferir una relación causal que lo lleve de A a E. Si el número de detalles que cambian dinámicamente es demasiado grande, los modelos puramente descriptivos que intentan conectar esos detalles ‘en palabras’ simplemente no son lo suficientemente capaces. Necesitamos un modelo matemático para realizar un seguimiento de todo.

Eugene Wigner en 1960 escribió un ensayo muy conocido titulado » La efectividad irrazonable de las matemáticas en las ciencias naturales «. 

La física siempre se ha aprovechado de esto. La neurociencia computacional tiene una historia similar en su intento de comprender el cerebro, con algunos jonrones (como el trabajo ganador del Premio Nobel de Hodgkin y Huxley para comprender el potencial de acción ) pero un éxito mucho más limitado en general. 

Sin embargo, la neurociencia moderna se encuentra ahora en un punto de inflexión en el sentido de que para lograr un progreso verdaderamente innovador en nuestra comprensión del cerebro, las matemáticas deberán desempeñar cada vez más un papel central, no uno de apoyo. 

Dios habla todos los idiomas con la misma fluidez, pero su lengua materna son las matemáticas.

Publicaciones Similares