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Una ley universal de fisiología surge de la ONU.

Foto: El profesor de ingeniería de la Universidad de Toronto, Willie Wong, ha descubierto una relación matemática en la curva de respuesta de adaptación sensorial que se aplica a todas las modalidades sensoriales y a todos los seres vivos. La ecuación (arriba a la derecha) es SS = PR x SR.
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Crédito: Matthew Tierney / Ingeniería de la Universidad de Toronto

Una investigación dirigida por Willie Wong, profesor de ingeniería de la Universidad de Toronto, sobre la adaptación sensorial puede haber revelado un principio regulador de la fisiología que antes se pasaba por alto.

Los biólogos saben desde hace mucho tiempo que los organismos se adaptan a un estímulo constante de manera similar, dice Wong.

«Imagina que estás entrando en una habitación que alguien acaba de pintar. Es probable que pienses: ‘Eso es un mal olor’. Pero la sensación disminuye cuanto más tiempo permaneces allí. Las partículas no desaparecen, no durante ese tiempo. marco de tiempo. Me acabo de acostumbrar «.

Desde el estado inicial, la actividad de respuesta del organismo aumenta hasta la respuesta máxima y luego disminuye hasta el nuevo estado estable final. Wong descubrió que estos tres puntos fijos en la curva de adaptación constituyen una relación matemática que se cumple en todas las modalidades y objetos sensoriales.

«He comparado 250 medidas de adaptación de diferentes ramas de la fisiología sensorial y descubrí que todas son consistentes con una ecuación simple», dice Wong.

Sus hallazgos, la primera comparación cuantitativa de respuestas adaptativas, se presentan en A el papel está en él Fronteras de la neurociencia humana.

El trabajo reciente de Wong sobre interfaces cerebro-máquina, como un Prótesis de retina para restaurar la visión en pacientes ciegos, se basa en su antigua fascinación por el código neuronal: cómo procesan la información las neuronas. Aunque la comprensión del código actual todavía está lejos de ser perfecta, cuanto más comprendan los investigadores cómo nuestros cerebros convierten las señales en percepciones, mejores técnicas podrán diseñar para reemplazar las funciones perdidas o mejorar las existentes.

La idea de una curva de respuesta sensorial que se desvanece con el tiempo puede parecer ilógica: ¿no debería una sensación fuerte devolver constantemente una tasa de respuesta fuerte? Pero desde la década de 1920, fisiólogos como Edgar Adrian han estado explicando por qué esto no ha sucedido.

Adrian, cuyo trabajo ganó el Premio Nobel de Fisiología o Medicina en 1932, utilizó una muestra de ranas para rastrear el fenómeno de adaptación al nivel de neuronas individuales. Descubrió que las neuronas utilizan una unidad básica de comunicación, un impulso nervioso llamado potencial de acción, que libera la misma intensidad de señal siempre que se alcance un umbral.

«El potencial de negocio no viene en medio metro», dice Wong. «O obtienes uno o no. Si haces eso, la neurona necesita algo de tiempo para recargarse antes de que pueda disparar otra. En el proceso de adaptación, la tasa de generación de potencial de acción disminuye gradualmente a un estado estable distinto de cero». . «

La respuesta adaptativa ocurre en todos los animales, desde vertebrados como los mamíferos hasta invertebrados como los insectos, y en todas las vías sensoriales. Esto incluye los cinco sentidos tradicionales de la vista, el oído, el tacto, el gusto y el olfato, junto con funciones somatosensoriales como la propiocepción (la percepción que el cuerpo tiene de sí mismo) y la recepción eléctrica, como se encuentra en las serpientes.

Una de las mayores sorpresas de Wong fue que su ecuación se aplicó a algunos de los organismos multicelulares más antiguos, como las medusas, que tienen sistemas sensoriales muy diferentes.

“Si les iluminas con una luz, vuelan hacia la luz o se alejan de ella, pero solo porque sus fotorreceptores están estrechamente conectados a las salidas de sus motores”, dice. Lo que plantea la pregunta, ¿es esta ecuación universal? En el futuro, si encontramos extraterrestres con una biología exógena nunca vista en este planeta, ¿podrían verse limitados por las mismas restricciones o principios? «

En las ciencias físicas, la amplitud está determinada por la repetición de resultados, independientemente de cuándo, dónde y por qué método se obtengan. Pero esto no siempre es posible en los experimentos biológicos, que pueden presentar barreras importantes para repetir las mediciones.

Sin embargo, cuando los datos de estudios independientes no relacionados, en diferentes períodos de tiempo, investigadores y métodos, convergen como evidencia, fortalecen el argumento a favor de la conclusión. Este principio, denominado Consiliencia, se basa en la premisa de que la ciencia está unificada, fortaleciendo el consenso en teorías como la evolución y la teoría del Big Bang, entre otras.

«Todos estos datos estaban allí», dice Wong, «tomé una curva aquí, una curva allá y la comparé, incluso las gráficas de Adrian canónicas. Todas corresponden a la misma relación de media geométrica. No depende del investigador». , o qué equipo se utiliza, o en el objeto. «vecindario. Desde esta perspectiva, son globales».

«Este es un trabajo esclarecedor del profesor Wong», dice el profesor Deepa Kondor, presidente del Departamento de Ingeniería Eléctrica e Informática de la Universidad de Toronto. «Es un recordatorio de lo extendida que está la ingeniería eléctrica y de la computación, cómo los investigadores pueden contribuir a las muchas áreas de estudio aparentemente de gran alcance».

El descubrimiento de una nueva ecuación fisiológica no ocurre todos los días y todavía es poco probable que provenga de un ingeniero. Aunque Wong ha estado desarrollando estas ideas durante años, le da crédito a la pandemia por haberle dado algo de tiempo para reenfocarse, así como períodos productivos de progreso de la investigación.

«Estaba en la posición elíptica», dice, cuando se le pidió que seleccionara su «momento acre». «O leyendo las noticias o pensando en mi trabajo. Creo que este era el momento».


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