Nuestros cuerpos están en un estado constante de flujo y reflujo, desde las respiraciones que tomamos hasta los fluidos que limpian nuestro cerebro cada noche. Los científicos ahora han descubierto que los ritmos clave en nuestro cerebro y en nuestro intestino en realidad comparten parte de la misma física subyacente.
Los mismos patrones de oscilación que ayudan a digerir los alimentos también parecen estar presentes en los vasos sanguíneos del cerebro, ayudando a suministrar oxígeno y nutrientes cuando es necesario. Los hallazgos podrían mejorar significativamente nuestra comprensión de ambos sistemas biológicos.
Este descubrimiento es obra de un equipo internacional de investigadores y fue motivado por el deseo de comprender mejor cómo los vasos sanguíneos del cerebro controlan los cambios rítmicos en el flujo sanguíneo, conocidos como vasomoción cortical.
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Antes de abordar lo que podría ser lo más complejo del Universo, los investigadores comenzaron con un sistema de oscilación más simple: la peristalsis intestinal, que empuja los alimentos a través del sistema digestivo. A partir de estudios anteriores, el equipo produjo un modelo matemático más completo de los ritmos y ondas involucrados, conocido como modelo de Ginzburg-Landau (GL).
Los investigadores probaron si su modelo actualizado podía reproducir los mismos patrones de oscilación que observaron en experimentos en intestinos de gatos, y efectivamente así fue.
El nuevo enfoque matemático muestra cómo grupos cercanos de oscilaciones pueden sincronizarse o “acoplarse” entre sí, si las diferencias originales no son demasiado grandes. Hay ciertos umbrales en los que eso sucede y ciertos umbrales en los que no sucede.
Eso no sólo ayuda a explicar los patrones de flujo en el sistema digestivo, sino que, curiosamente, la física parece coincidir con la de las neuronas del cerebro.
“Los osciladores acoplados se comunican entre sí y cada sección del intestino es un oscilador que se comunica con las otras secciones cercanas”, dice el físico Massimo Vergassola, de UC San Diego.
“Normalmente, los osciladores acoplados se estudian en un entorno homogéneo, es decir, todos los osciladores tienen frecuencias más o menos similares. En nuestro caso, los osciladores eran más variados, al igual que en el intestino y el cerebro”.
Por supuesto, todavía existen diferencias importantes entre el intestino y el cerebro. Por ejemplo, el intestino es un camino unidireccional para los alimentos, pero la sangre puede viajar en muchas direcciones diferentes a través de la red de vasos del cerebro.
Si bien estos hallazgos hablan de un comportamiento similar en lugar de una conexión directa, podrían ayudar a los científicos a comprender mejor las pulsaciones en el cerebro y el intestino que pueden indicar cambios en la salud mental o incluso presagiar demencia.
“El cerebro es infinitamente más complicado que el intestino, pero esto es ciencia en su máxima expresión”, afirma Kleinfeld. “Haces una pregunta, te lleva a otra parte, resuelves ese problema y luego regresas a tu pregunta original”.
La investigación ha sido publicada en Physical Review Letters.