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La luz láser y las neuronas se comportan de forma parecida

Investigadores españoles demuestran que un modelo matemático sencillo sirve para ambos sistemas


Investigadores de la Universidad Politécnica de Cataluña han utilizado un modelo matemático para modelizar el comportamiento de la luz láser sometida a perturbaciones, que es el mismo con el que otros científicos han descrito el comportamiento de algunas neuronas. Esta similitud permitirá estudiar mejor cómo responde el sistema neuronal humano a estímulos externos.





Los investigadores muestran las similitudes entre neuronas y la luz láser. Fuente: UPC.
Los investigadores muestran las similitudes entre neuronas y la luz láser. Fuente: UPC.
Un equipo de investigadores del Departamento de Física e Ingeniería Nuclear de la Universitat Politècnica de Catalunya·BarcelonaTech (UPC) en el Campus de Terrassa, ha utilizado un modelo matemático para modelizar el comportamiento de la luz láser sometida a perturbaciones, que es el mismo con el que otros científicos han descrito el comportamiento de algunas neuronas. Según los investigadores de la UPC, esta similitud permitirá estudiar mejor cómo responde el sistema neuronal humano a estímulos externos.

El equipo formado por Andrés Aragoneses, Sandro Perrone, Taciano Sorrentino, Maria Carme Torrent y Cristina Masoller ha utilizado un modelo matemático muy sencillo que reproduce algunos aspectos importantes del comportamiento de la luz láser cuando se la somete a perturbaciones, a pesar de la complejidad del fenómeno.

Según afirma Andrés Aragoneses en la nota de prensa de la UPC, "entender mejor el comportamiento del láser nos permite entender mejor el de las neuronas".

Los láseres de semiconductor, que suponen más del 90% de los láseres que se fabrican en todo el mundo para producir todo tipo de dispositivos en el ámbito de las telecomunicaciones (ratones de ordenador, lectores de códigos de barras, tv por cable, etc.) presentan comportamientos caóticos cuando son perturbados externamente.

Cuando la luz de un láser refleja en un espejo el láser se desestabiliza de una manera aparentemente aleatoria. Súbitamente, la luz entra en un ciclo muy irregular de disminución muy abrupta (hasta casi apagarse) y de recuperación de intensidad. Estas caídas continuas son similares a las descargas eléctricas de las neuronas, que son la base de la comunicación neuronal.

Comportamientos

Los investigadores de la UPC en Terrassa han encontrado en su experimentación diferentes comportamientos en el láser, que van desde los más aleatorios a los más estructurados, y han detectado correlaciones entre hechos consecutivos.

El modelo que han utilizado es muy robusto porque reproduce muy bien la relación entre las caídas de intensidad del láser con corriente continua o bien oscilante. De hecho, algunos procesos importantes de las neuronas se dan cuando se encuentran sometidas a un estímulo oscilante ambulatorio, al igual que el experimento realizado con el láser.

Aragoneses propone que "los láseres de semiconductores con luz reinyectada puedan utilizarse para simular el comportamiento de las neuronas y, de este modo, mediante experimentos sencillos, podríamos entender mejor cómo responden las neuronas a los estímulos externos, con la ventaja que estas neuronas ópticas son órdenes de magnitud más rápidas".

La investigación se ha publicado en la revista Scientific Reports, del grupo Nature.

Referencia bibliográfica:

Andrés Aragoneses, Sandro Perrone, Taciano Sorrentino, M. C. Torrent, Cristina Masoller. Unveiling the complex organization of recurrent patterns in spiking dynamical systems. Scientific Reports (2014). DOI:10.1038/srep04696.


Martes, 30 de Septiembre 2014
UPC/T21
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