Los físicos están usando ecuaciones para revelar las complejidades ocultas del cuerpo humano. Desde los latidos de nuestro corazón hasta el buen funcionamiento de nuestro cerebro, muchos sistemas en la naturaleza dependen de una colección de 'osciladores’, unos sistemas rítmicos perfectamente coordinados que trabajan juntos en un continuo, como las células del músculo cardíaco.
Los físicos están usando ecuaciones a fin de revelar estas complejidades ocultas del cuerpo humano.
A poco que actúen juntos, no pasa nada. Pero cuando actúan, se producen cambios de gran alcance. La cooperación entre las neuronas dan lugar a las ondas cerebrales y la cognición, las contracciones sincronizadas de las células cardíacas causan que el corazón se contraiga y bombee la sangre a todo el cuerpo. Los láseres no funcionarían sin los osciladores atómicos actuando al unísono. Soldados ni siquiera tienen que romper el paso de su marcha cuando las oscilaciones alcanzan un puente haciendo que el puente se derrumbe.
Pero a veces estas oscilaciones van mal.
En la revista Nature Communications, los científicos de la Universidad de Lancaster reportan la posibilidad de los "estados vítreos" y un fenómeno de "super-relajación", que puede aparecer en las redes de los pequeños osciladores cerebrales, del corazón y de otras entidades oscilantes.
Para descubrir estos fenómenos, tomaron un nuevo enfoque para solucionarlo desde un conjunto de ecuaciones propuestas por el científico japonés Yoshiki Kuramoto en la década de 1970. Su teoría demostraba que era posible, en principio, predecir las propiedades de conjunto de un sistema partiendo del conocimiento de cómo los osciladores interactuaban unos con otros sobre una base individual.
Por lo tanto, al observar cómo las microscópicas células del músculo cardiaco interactúan deberíamos ser capaces de deducir si el corazón, como órgano entero, se contraerá correctamente y bombeará su ronda de sangre. Del mismo modo, al observar cómo las microscópicas neuronas del cerebro interactúan, podríamos ser capaces de entender los orígenes de los fenómenos globales del cerebro, como los pensamientos o sueños, la amnesia o los ataques epilépticos.
Los físicos Dmytro Latsenko, el profesor Peter McClintock, y la profesora Aneta Stefanovska, han informado de una solución basada en las ecuaciones Kuramoto de mucho mayor alcance general de lo que nadie había logrado antes, y con unos resultados bastante inesperados.
Una de las sorpresas es que los osciladores pueden formar estados "vidriosos", donde se ajustan los tempos de sus ritmos, pero lo demás sigue manteniéndose sin coordinación entre sí, dando lugar al nacimiento de una especie de "desorden síncrono", algo así como la estructura molecular desordenada del cristal de una ventana. Por otra parte, y lo que aún es más sorprendente, en determinadas circunstancias los osciladores pueden comportarse de una manera totalmente independiente a pesar de estar fuertemente acoplados entre sí, este fenómeno los autores lo han llamado "super-relajación".
Estos resultados plantean preguntas intrigantes. Por ejemplo, ¿qué significa que las neuronas de su cerebro se metan en un estado vítreo?
Dmytro Latsenko, el estudiante de doctorado que ha resuelto las ecuaciones, admitió que los resultados plantean más preguntas que respuestas.
"Todavía no está del todo claro lo que podría significar si, por ejemplo, esto ocurriera en el cuerpo humano, pero si las neuronas del cerebro entraran en un “estado vítreo" podría haber alguna conexión fuerte con los estados de la mente, o posiblemente, con alguna enfermedad."
El científico principal, la profesora Aneta Stefanovska, lo explicaba así, "con una población de osciladores, el momento exacto en que ocurre algo es mucho más importante que la fuerza del evento individual. Este nuevo trabajo revela cambios exóticos que pueden suceder en oscilaciones a gran escala, como resultado de alteraciones en las relaciones entre los osciladores microscópicos. Dado que las oscilaciones se producen en miríadas de sistemas en la naturaleza y en la ingeniería, estos resultados tienen una amplia aplicabilidad."
El profesor Peter McClintock dijo: "El resultado de este trabajo abre las puertas a muchas nuevas investigaciones, y nos traerá una comprensión mejorada de diversas áreas aparentemente muy distintas de la ciencia."
- Fuente: Universidad de Lancaster. Artículo original, “Equations reveal rebellious rhythms at the heart of nature”
- Publicación: D. Iatsenko, P.V.E. McClintock, A. Stefanovska. Glassy states and super-relaxation in populations of coupled phase oscillators. Nature Communications, 2014; 5DOI: 10.1038/ncomms5118
- Ilustración de neuronas (imagen de archivo). "Debido a que las oscilaciones ocurren en miríadas de sistemas en la naturaleza y en la ingeniería, estos resultados tienen una amplia aplicabilidad," dijo el profesor Aneta Stefanovska.
Referencia: ScienceDaily.com, 20 de junio 2014
Publicado por: Pedro Donaire
Crédito: © Sergey Nivens / Fotolia
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