L'equip investigador d'Enginyeria Informàtica i Matemàtiques de la URV (Universitat Rovira i Virgili), liderat pel catedràtic Àlex Arenas, ha trobat la manera de predir la degradació o fallida (percolació) de qualsevol sistema de xarxa, també de la xarxa neuronal. La investigació permet preveure matemàticament en quin moment deixarà de funcionar i ofereix a la comunitat científica eines matemàtiques per "comprendre els processos". A partir de la recerca, que publica la revista Nature Communications, es podran aportar solucions, per exemple, a malalties com l'Alzheimer. Els resultats de la recerca es poden aplicar en altes camps com la xarxa elèctrica o la circulació viària.

La percolació és el procés a través del qual un sistema de xarxes pateix una fallida en un punt concret, però que acaba afectant tota l'estructura. Com expliquen els investigadors de la URV, per exemple, passa amb les xarxes elèctriques quan es produeix un tall en una torre que deixa tot un barri sense llum.

El mateix procés "és encara més clar" en sistemes biològics com el neuronal. Per diferents causes, les neurones es van degenerant fins que algunes moren. Les fallides neuronals, derivades de l'envelliment, les malalties o els accidents, a la llarga acaben provocant una pèrdua important de connectivitat al cervell i la xarxa neuronal deixa de funcionar de manera correcta. La comunitat científica fa dècades que estudia aquest procés de percolació i les transicions de fase (el punt exacte on, si es talla la xarxa, deixarà de funcionar completament).

Com ha detallat Arenas, a partir del treball conjunt amb l'equip de neurociència de la UB de Jordi Soriano, es va poder observar que tot i danyar directament les connexions neuronals amb làser, el sistema continuava funcionant "de forma força eficient". Anomenen a aquest fenomen plasticitat homeostàtica: tot i el tall, el sistema encara fa el que feia a través d'alternatives i recursos que busca per continuar funcionant correctament.

L'equip de la URV ha aconseguit saber a partir de quina fracció de dany del sistema es degradarà totalment i perdrà la funcionalitat. També han calculat "la resposta homeostàtica": les alternatives que cal buscar perquè la xarxa continuï funcionant.

Eines contra malalties com l'Alzheimer

La investigació ofereix a la comunitat científica eines matemàtiques "molt útils en neurociència". "Comprendre els processos" podrà aportar solucions per a malalties com l'Alzheimer, en la qual molts pacients poden recordar episodis de la seva infantesa i, en canvi, perden records recents. Això està relacionat amb el procés de degradació que ha patit la seva xarxa neuronal.

En entendre per què passa això, es podran establir les bases per investigar i aplicar aquesta recerca en persones que comencen a patir la malaltia. "Per exemple, podrem saber quines són les seves respostes davant d'unes preguntes de control, inferir quina degradació pot tenir el seu sistema neuronal i veure si una medicació o algun tipus d'intervenció respondria a aquesta reconnexió o no, perquè ara ja podem saber com actuen físicament aquests processos de degradació", ha explicat Arenas.

Altres usos

Els resultats de la recerca es poden aplicar en altes camps com la xarxa elèctrica o la circulació viària. Es podrà predir si cal tallar una via i redirigir el trànsit cap a altres zones, preveure on hi haurà problemes de col·lapse i com habilitar aquestes vies per poder absorbir el trànsit que hi haurà.