¿El cerebro tiene una firma matemática única? Un nuevo estudio identifica patrones eléctricos específicos en cada región cerebral

Aunque dormimos, el cerebro no se apaga. Lejos de desconectarse, sigue enviando señales eléctricas en un ritmo que los científicos aún están intentando descifrar. Investigadores de varios centros europeos han descubierto ahora que esas señales siguen patrones llamados “leyes de potencias”, una propiedad matemática que revela una sorprendente estabilidad en la forma en que el cerebro funciona, incluso durante el sueño profundo.

El hallazgo podría cambiar la forma en que se mapean y analizan las diferentes áreas del cerebro. Usando datos de 55 personas que se sometieron a electroencefalografía intracraneal (sEEG), el equipo examinó tres regiones específicas del cerebro: la corteza motora (precentral), la sensorial (postcentral) y la auditiva (temporal superior). Lo que hallaron fue sorprendente: cada región mostraba un “exponente” fractal característico, que se mantenía casi inalterable, sin importar si la persona estaba despierta o dormida.

Esta estabilidad sugiere que el cerebro tiene una especie de huella digital matemática. Un patrón único de actividad que podría ser clave para comprender su funcionamiento y detectar alteraciones antes de que se manifiesten los síntomas clínicos.

Las matemáticas detrás del pensamiento: ¿qué es una ley de potencias?

En términos sencillos, una ley de potencias describe cómo una cantidad disminuye de forma predecible cuando otra crece. En el cerebro, se refiere a cómo varía la intensidad de las señales eléctricas en función de su frecuencia. Cuando estas señales siguen una ley de potencias, indican una actividad “auto-similar” o fractal, es decir, que se repite con distintas escalas.

El estudio reveló que estas leyes se mantienen firmes en las regiones cerebrales observadas, sobre todo en frecuencias altas, entre 34 y 80 Hz. Esta zona del espectro suele estar vinculada a funciones complejas como el pensamiento, el movimiento o la atención.

“Los procesos complejos ocurren en el cerebro cuando dormimos”, dice Karolina Armonaitė, neurocientífica de la Universidad Tecnológica de Kaunas, Lituania.

El valor del exponente matemático, llamado β, varió de forma sistemática entre las áreas estudiadas. La corteza motora mostró el valor más alto, seguida por la sensorial y finalmente la auditiva. Este orden se mantuvo tanto en vigilia como en todas las fases del sueño, lo que sugiere que la estructura de la señal no depende del estado de consciencia.

¿Un nuevo mapa cerebral sin necesidad de estímulos?

Los científicos llevan décadas buscando una manera fiable de dividir el cerebro en regiones funcionales. Este proceso, conocido como parcelación cortical, suele depender de imágenes por resonancia o de tareas específicas que activan una zona u otra del cerebro. Pero el nuevo estudio propone un método alternativo.

“La corteza cerebral no es homogénea, y diferentes áreas pueden comportarse de manera diferente dependiendo de si una persona está despierta, dormida o en un estado de transición entre estas etapas”, dijo Armonaitė.

Solo con observar la actividad espontánea del cerebro en reposo, es posible identificar a qué zona pertenece una señal. Este enfoque podría ser útil en pacientes que no pueden realizar tareas activas, como quienes están bajo anestesia o en coma.

Además, el hallazgo permite afinar aún más el mapa cerebral. Mientras que métodos anteriores se centraban en las oscilaciones rítmicas (como las ondas alfa o beta), este trabajo pone el foco en la actividad no oscilatoria, a menudo ignorada por considerarse “ruido”. Ahora se sabe que ese “ruido” puede esconder una estructura valiosa para entender cómo funciona el cerebro realmente.

Qué nos dice el cerebro durante el sueño

Uno de los aspectos más innovadores del estudio fue analizar estas firmas matemáticas durante el sueño. Los investigadores evaluaron tres fases distintas: REM (cuando soñamos), N2 y N3 (sueño profundo). Aunque en estas etapas la actividad eléctrica general cambia, los patrones de ley de potencias en alta frecuencia se mantuvieron constantes en cada región.

Esto sugiere que algunas características fundamentales de la actividad cerebral no dependen del estado de vigilia o sueño. La corteza motora, sin embargo, mostró cierta variabilidad, probablemente porque sigue activa durante el sueño a través de micro-movimientos o procesos de consolidación de memoria motora.

Además, los autores comprobaron que estos patrones no estaban relacionados con la edad o el sexo de los participantes. Esto refuerza la idea de que se trata de características intrínsecas a la organización funcional del cerebro humano.

Aplicaciones futuras: del diagnóstico temprano a la neurotecnología

Aunque el estudio es de carácter fundamental, sus aplicaciones potenciales son numerosas. Una de las más evidentes es el diagnóstico precoz de enfermedades neurológicas o del sueño. Si sabemos cómo “suena” un cerebro sano en reposo, podemos detectar cuándo algo no encaja.

“La esquizofrenia, por ejemplo, se caracteriza por una sincronización interrumpida entre diferentes áreas, mientras que la enfermedad de Alzheimer a menudo comienza con cambios funcionales muy sutiles en un área de la corteza, incluso antes de que los síntomas se hagan evidentes”, dijo Armonaitė.

También podría ayudar a diseñar terapias personalizadas basadas en neuroestimulación o a mejorar los modelos de interfaces cerebro-computadora. En ambos casos, contar con una representación matemática precisa de la actividad cerebral permitiría intervenir de forma más dirigida y eficaz.

A largo plazo, este tipo de análisis podría integrarse en dispositivos de monitorización cerebral, aportando una capa adicional de información sobre el estado funcional de distintas regiones, sin necesidad de someter al paciente a pruebas invasivas o estimulaciones externas.

Un código oculto en el ruido del cerebro

Lo más fascinante de este hallazgo es que se basa en lo que antes se desechaba: la parte de la señal cerebral que no sigue un ritmo claro. Lejos de ser ruido sin sentido, parece esconder una firma matemática robusta, estable y única para cada región.

Esta firma, basada en leyes de potencias, podría convertirse en una nueva herramienta para mapear el cerebro humano y entender su complejidad. Aunque aún queda camino por recorrer, el estudio demuestra que incluso en el aparente silencio del cerebro dormido, hay patrones que hablan. Y ahora sabemos cómo empezar a escucharlos.

Cortesía de Muy Interesante

Dejanos un comentario: