Tendencias21
Las matemáticas nos aseguran una correcta percepción del mundo

Las matemáticas nos aseguran una correcta percepción del mundo

El cerebro recurre a sofisticadas herramientas matemáticas y estadísticas para representarnos fielmente el mundo con el menor esfuerzo neuronal. La Ley Potencial aporta precisión a la percepción.

Las matemáticas nos aseguran una correcta percepción del mundo

Investigadores del Instituto Médico Howard Hughes, en Virginia (USA), y del University College de Londres, han descubierto algo sorprendente sobre el funcionamiento del cerebro: se rige por la así llamada Ley Potencial para la representación de ciertas imágenes en la corteza visual.

La Ley Potencial se observa en muchos campos científicos como la física, la biología, la psicología, la sociología, la economía o la lingüística: permite describir todos los fenómenos que se presentan de forma idéntica en una variedad de escalas (invariancia de escala).

Aplicado al cerebro, eso significa que cuando el cerebro procesa imágenes visuales, la mayoría de las neuronas responden de forma idéntica a los mismos estímulos: no establecen diferencias en función de la imagen a representar.

Al proceder de esta manera, el cerebro obtiene un resultado óptimo en el procesamiento de los estímulos: codifica toda la información de la que es capaz y prioriza los aspectos más importantes de la imagen a representar, renunciando a catalogar los detalles insignificantes.

Dicho de otra manera: gracias a la aplicación de la Ley Potencial, las neuronas implicadas en procesamiento de la información destacan lo más relevante del estímulo que percibe el cerebro e ignoran aspectos secundarios.

Esta es una proeza que no ha conseguido todavía la inteligencia artificial: si cambiamos unos pixeles en la imagen de un pingüino, la IA puede interpretar que está percibiendo un mono. El cerebro no cae en ese error porque aplica la Ley Potencial.

Matemáticas complejas

Hasta ahora se desconocía esta capacidad del cerebro, que destaca lo excepcional de su arquitectura cognitiva y de su enorme potencia matemática.

Ya se sabía que el cerebro realiza matemáticas complejas para procesar la información. Recuerdo que almorzando en Segovia hace años con el neurólogo de Stanford Karl Pribram (fallecido en 2015), le pregunté sobre el cerebro y me contestó que había que conocer las series de Fourier para comprender su funcionamiento.

Las series de Fourier, conocidas también como análisis armónico, analizan funciones que son periódicas (como en el caso del cerebro los estímulos que proceden de los sentidos) descomponiendo la función original (la percepción) en una serie de funciones básicas.

En el caso de la percepción sonora, por ejemplo, el cerebro realiza en segundos cálculos que una persona tardaría años en conseguir tras una carrera matemática.

Convierte el sonido (ondas de presión) en un espectro electromagnético que describe el sonido en volúmenes de diferentes tonos. De esta forma transforma la información sensorial en sonido.

Las series de Fourier, la Ley Potencial, o el Teorema de Bayes (para el cálculo de probabilidades) o la reducción de dimensionalidad (para reducir el número de variables aleatorias), son herramientas matemáticas o estadísticas a las que recurre el cerebro para representarnos el mundo.

Matemáticas en directo

Grupos de neuronas dispersas a través del cerebro interactúan así para codificar la información recibida y generar respuestas complejas a los estímulos sensoriales.

Carsen Stringer, del Instituto Médico Howard Hughes, explica al respecto que el nivel de dimensionalidad en las representaciones del cerebro está ajustado para evitar que los detalles triviales en las imágenes abrumen sus características más grandes: las neuronas codifican menos información, enfatizando algunas dimensiones clave e ignorando el resto.

Para obtener estas sorprendentes revelaciones del cerebro,  los investigadores crearon una técnica para registrar la actividad de 10.000 neuronas de ratones a la vez.

A continuación, mostraron a los roedores alrededor de 3.000 imágenes de escenas naturales y escanearon en sus monitores las respuestas que originaban en la corteza visual.

Fue así como descubrieron la multidimensionalidad de las representaciones de los estímulos visuales en el cerebro, y observaron también cómo una serie de patrones neuronales se ajustaban a una imagen que habría requerido mayor actividad sináptica. La Ley Potencial había funcionado.

El cerebro, tal como informamos en otro artículo, no solo es capaz de encontrar el orden dentro del caos, sino que también navega en la complejidad computacional para presentarnos una imagen fidedigna del mundo con el menor uso posible de energía… gracias a las matemáticas.

El cerebro, un órgano que evolucionó a lo largo de 600 millones de años, probablemente utilice matemáticas más complejas de las que nosotros conocemos, incluyendo sistemas matemáticos de lógica difusa y otros aún no conocidos.

Referencia

High-dimensional geometry of population responses in visual cortex. Carsen Stringer et al. Nature volume 571, pages361–365 (2019). DOI: https://doi.org/10.1038/s41586-019-1346-5
 

RedacciónT21

Hacer un comentario

RSS Lo último de Tendencias21

  • Antiguas canoas revelan cómo los marinos del Neolítico surcaron el Mediterráneo 21 marzo, 2024
    Una nueva investigación liderada por Juan Gibaja, del Consejo Nacional de Investigaciones Científicas (CSIC) de España, y publicada recientemente en la revista PLOS One, arroja luz sobre las primeras embarcaciones neolíticas en el Mediterráneo: las excavaciones en el pueblo de agricultores de la Edad de Piedra de La Marmotta, en Italia, han permitido recuperar cinco […]
    Pablo Javier Piacente
  • En los próximos meses, una "nueva estrella" iluminará el cielo nocturno 21 marzo, 2024
    Los científicos de la NASA han informado que durante este año el sistema estelar T Coronae Borealis podrá verse a simple vista en el cielo nocturno, luego de una violenta explosión cósmica que tendrá lugar en algún momento en los próximos seis meses. La “nueva estrella” en el cielo podrá apreciarse sin la ayuda de […]
    Pablo Javier Piacente
  • La Antártida puede perder su neutralidad y su actividad exclusivamente científica 21 marzo, 2024
    El cambio climático y la creciente demanda de recursos está sacudiendo de la Antártida como continente neutral y exclusivamente científico. La rivalidad entre potencias ha comenzado a hacerse presente en las costas antárticas.
    Eduardo Martínez de la Fe
  • Los primeros recuerdos son solo reconstrucciones mentales 21 marzo, 2024
    Lejos de ser grabaciones fidedignas de la realidad, los primeros recuerdos son más bien un mosaico compuesto por experiencias reales, narrativas familiares y reconstrucciones mentales. A medida que crecemos, este mosaico se enriquece y se transforma, pero los fragmentos de nuestra primera infancia permanecen, en gran medida, como piezas imaginadas en un rompecabezas de la […]
    Redacción T21
  • Los vínculos sociales alinean a las personas en la misma longitud de onda 20 marzo, 2024
    El vínculo social mejora el intercambio de información y sincroniza las actividades cerebrales entre el líder de un grupo y sus seguidores, colocando a todo el grupo en la misma longitud de onda cerebral, según un nuevo estudio de sincronización neuronal.
    Pablo Javier Piacente
  • Partículas desconocidas de energía oscura serían la fuerza impulsora detrás de la expansión del Universo 20 marzo, 2024
    Una nueva investigación teórica sugiere que la misteriosa energía oscura estaría compuesta por "no partículas" y podría estar ligada a la expansión del cosmos, "separando" lentamente al Universo. Esto explicaría por qué los científicos no logran comprender aún en profundidad cómo el Universo se expande de forma cada vez más acelerada. También revelaría la causa […]
    Pablo Javier Piacente
  • Las mujeres científicas lideran las investigaciones sobre la sequía 20 marzo, 2024
    Las mujeres científicas están a la vanguardia de las investigaciones sobre la sequía para preservar la producción agrícola, gestionar el agua y mitigar los efectos del calentamiento global. Sobre el terreno, están también mejor preparadas para gestionar los desastres naturales.
    Alicia Domínguez y Eduardo Costas (*)
  • Los robots humanoides llegan a la industria automotriz 20 marzo, 2024
    Mercedes ha contratado robots humanoides para trabajar en sus fábricas: participan en las líneas de ensamblaje y automatizan tareas de baja complejidad y alta exigencia física.
    Redacción T21
  • Revelan cómo nace el miedo en el cerebro y una posible vía para paralizarlo 19 marzo, 2024
    Un nuevo estudio ha logrado descifrar una serie de modificaciones en la química cerebral que, al influir sobre circuitos neuronales específicos, provocan que el miedo se generalice y aparezca en situaciones en las que no debería hacerlo. Este sistema es el que genera la sensación de miedo exacerbada y permanente que experimentan las personas que […]
    Pablo Javier Piacente
  • Crean el mapa 3D más extenso de los agujeros negros supermasivos activos del Universo 19 marzo, 2024
    En una verdadera proeza astronómica, los científicos han creado el mapa más extenso hasta el momento de los agujeros negros supermasivos activos y cuásares en el cosmos: el avance marca un salto significativo en nuestra comprensión de estos gigantes cósmicos y podría ayudar a entender mejor las propiedades de la materia oscura.
    Pablo Javier Piacente