Estás en la selva, oyes un ruido sospechoso, y te giras inmediatamente hacia la dirección exacta de donde vino el sonido. A tus antepasados mamíferos esta habilidad les resultó imprescindible para saber hacia dónde escapar.
Haz la prueba: Si cierras los ojos y alguien chasquea sus dedos señalarás sin problema el lugar donde se encuentra. ¿Cómo averigua tu cerebro con tanta precisión si el sonido vino de la izquierda, por detrás o más arriba? Entenderlo te puede llevar a construir ordenadores con memoria infinita.
La clave está en unos sistemas neuronales que codifican información no sólo con neurotransmisores y señales eléctricas, sino también en función del tiempo.
La pareja de matemáticos Gemma y Ferran te lo explican desde sus respectivos departamentos de neurociencia y de nanofísica de la New York University en Washington Square.
Gemma Huguet intenta construir ecuaciones diferenciales que describan los patrones de polarización de las neuronas encargadas de transmitir sonidos en el cerebro. Cuando una onda sonora llega a tus oídos, las células ciliadas de tus cócleas vibran, transforman la señal física en estímulo eléctrico, y envían la información a un lugar muy especial de tu cerebro: El Medial Superior Olive.
Allí hay unas neuronas con dentritas (brazos) hacia la izquierda recibiendo la señal de tu oído izquierdo, y hacia la derecha recibiendo del derecho. Y lo más importante: sabiendo interpretar si hay microsegundos de desfase en la llegada de la señal. Es lo que se llama coincidence detection.
Si un sonido viene desde la izquierda, la señal eléctrica llegará a las neuronas del Medial Superior Olive un poquito más pronto desde la izquierda que desde la derecha, y la activación de dichas neuronas será más o menos alta en función de este pequeño retraso. Esta información será enviada al córtex auditivo, e intervendrán muchos otros mecanismos para darle sentido. Pero es la manera básica como tu cerebro mamífero sabe exactamente el ángulo de donde le viene un ruido.
En los pájaros es un poco diferente. Sus tímpanos y sistema auditivo evolucionaron hace 200 millones de años desde los arqueosaurios ancestros de aves, de manera independiente al oido de los mamíferos millones de años después. Pero ambos cerebros desarrollaron de manera convergente sistemas de coincidence detection.
En el caso de los pájaros de cada cóclea salen diversas neuronas con caminos más o menos largos hacia un espacio común llamado nucleus laminaris. Allí hay una larga serie de células neuronales que sólo se excitarán cuando la señal llega simultáneamente por la izquierda y la derecha. En función del ángulo por donde venga el sonido, esto ocurrirá cuando el camino por la izquierda haya sido un poquito más corto que por la derecha, o al revés. La neurona en que coincidan será la que se activará enviando información sobre la localización exacta del ruido. En neurociencia se conoce como el Jeffress Model.
Difícil de explicar en palabras, la idea es la misma: Coincidende Detection: sistemas neuronales que saben interpretar las ínfimas diferencias de tiempo entre una señal física que llega por la izquierda y otra que lo hace por la derecha.
Es decir; se trata de neuronas codificando información en función del tiempo. Y el tiempo no es un código binario limitado a combinaciones de ceros y unos, sino una magnitud potencialmente infinita. Un retraso puede ser de 0,1 microsegundos, de 0,01, de 0,011, 0,0121… y así todos los decimales que quieras. ¿Se podría utilizar este principio para diseñar nuevas formas de computar información? Eso es lo que pretende el también matemático Ferran Macia en su laboratorio de nanotecnología 8 pisos por debajo de Gemma.
Inspirados inicialmente por los procesos cerebrales de coincidence detection, Ferran y su jefe ya han patentado una especie de placas con nano-osciladores magnéticos que codifican información en función de las interferencias de ondas de spin.
La computación basada en patrones temporales de ondas es un nuevo paradigma totalmente diferente al de las máquinas digitales. La computación y memorias actuales se basan en codificar información como combinación de 0’s y 1’s. Los chips de 0’s y 1’s están formados por diminutos paquetitos de átomos con dos estados posibles: excitado o no excitado. Esto se ha podido miniaturizar hasta extremos fabulosos. Pero en última instancia este código binario es limitado, y desde hace décadas se están buscando nuevos sistemas de codificar información que potencialmente sean más poderosos.
Los ordenadores cuánticos se pusieron de moda en los 80 con la idea de aprovechar estados atómicos de superposición cuántica, pero tras discretísimos resultados y aparición de numerosos problemas muchos grupos han abandonado esta línea de investigación. La computación por interferencia de ondas de spin que propone Ferran es un nuevo intento de vencer el límite digital. De nuevo, la idea es utilizar una magnitud continua como el tiempo en lugar de un código binario. Para ello construye capas metálicas magnéticas con puntos oscilantes que puedan generar, propagar y detectar ondas de spin. En ellas la información se codificará y guardará en función del tiempo de llegada de la señal; del retraso entre varios puntos.
Evidentemente falta mucho para una posible aplicación que compita con los exitosos chips actuales, y la investigación podría quedar encallada ante cualquier imprevisto. Pero de lograrse, sería un nuevo paradigma con el que teóricamente se podrían construir memorias de ordenador de capacidad infinita. Y todo inspirado en primera instancia por los circuitos neuronales encargados de saber de dónde viene un sonido. Quien les iba a decir a esta pareja de matemáticos cuando ella se decantó por la neurociencia y él por la nanofísica que sus caminos científicos se volverían a interconectar...
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Hay 18 Comentarios
gracias por el consejo ...
Publicado por: jok mobil | 10/01/2013 10:06:54
cerebrales izquierdo y derecho opiniones a veces diferente del entorno y de los problemas que se presentan, correctas o no?
Publicado por: tenda jakarta | 10/01/2013 10:05:19
Nos queda mucho para tener ordenadores con una capacidad de procesamiento similar a la del cerebro, o quizás no...
Cuando soy consciente de la potencia del teléfono móvil que llevo en el bolsillo y recuerdo mi Spectrum o mi primer PC, me doy cuenta de lo que hemos avanzado en pocos años.
Con tantos científicos investigando en el mundo, no es de extrañar que en unos pocos años tengamos ordenadores basados en tecnologías totalmente distintas a los actuales y con velocidades de procesamiento de la información que hoy nos parecerían ciencia ficción.
Publicado por: MSD Soft | 19/10/2012 9:48:46
Un buen post... invita a la reflexión. Vuestro trabajo es encomiable, mis más sinceras felicitaciones.
Publicado por: kvinnor | 14/09/2012 17:09:06
Nice blog, i like this topic
Publicado por: bunga | 11/09/2012 18:18:41
y el blog desapareció, así, sin decir nada.....
Que pena
Publicado por: jj | 27/08/2012 19:38:56
Con el sistema de grabación binaural (diferente a la grabación estero convencional) se aprovecha de esta capacidad del cerebro humano de distinguir la procedencia del sonido por la diferencia de tiempo. Es un sistema "antiguo" que por ejemplo utilizó Pearl Jam para grabar el album del mismo título.
Publicado por: Ignacio | 26/07/2012 11:50:00
Me parece que el paradigma es el tiempo. El cálculo del tiempo sobre premisas asumidas. Por ejemplo: entras en el portal y esperas escuchar el sonido de la puerta que se cierra. Y no lo hace. E instintivamente nos giramos, por aquello de la herencia de nuestros antepasados. Pero esperamos siempre uno o varios segundos faltales antes de activar la alarma ¿Por qué? ¿Y cómo solucionarán este tiempo de "seguridad" las nuevas máquinas?
Publicado por: Belén Mtnez. Oliete | 08/06/2012 23:35:19
Claramente es por la diferencia de volumen en cada oido... otra cosa es que está guay poner cosas de ciencia, que te paguen y que salgan tus coleguis, juas.
Publicado por: diferencia de volumen al canto | 23/05/2012 21:30:26
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Publicado por: LED Lights | 16/05/2012 3:28:26
Y yo que pensaba que era por la diferencia de volumen que percibías en cada oido.
Publicado por: txeik | 14/05/2012 23:31:29
Muy buen blog y artículo.¿ La gente que solo puede oir por un solo oido no es capaz de reconocer de dónde viene una voz?
Pequeña cuestión
Un saludo
Publicado por: Armando Rubio | 13/05/2012 18:15:52
Los ordenadores cuánticos iban a ser el recopetín, que si podrían descodificar todos los métodos de encriptación en milisegundos,etc etc y al final se han quedado en nada.
Publicado por: Sergio | 11/05/2012 2:37:15
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Publicado por: designer handbags | 10/05/2012 8:06:57
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Publicado por: Interesante | 09/05/2012 23:09:52
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Publicado por: Yaiza87 | 09/05/2012 23:00:23
para saber de dónde viene un sonido basta un comparador (como se apunta, que es el caso de los pájaros), y para ésto basta lo que hay en la actualidad
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Publicado por: aqqa104 | 09/05/2012 16:31:45
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...muy interesante...
Publicado por: kuantifikando | 09/05/2012 16:27:02