Un investigador del Instituto de Astrofísica de Canarias propone un lenguaje científico común para explicar cómo surgen estructuras organizadas tanto en el Universo como en el cerebro humano, y defiende que las herramientas de la cosmología pueden aplicarse al estudio del cerebro.
¿Qué pueden tener en común la red de galaxias que puebla el Universo y la red de conexiones del cerebro humano? A simple vista, muy poco: sus tamaños, sus componentes y las fuerzas que los rigen no tienen nada que ver. Sin embargo, ambos sistemas comparten algo llamativo: forman estructuras complejas, con direcciones preferentes y patrones que se repiten a distintas escalas. Un nuevo trabajo del investigador del Instituto de Astrofísica de Canarias (IAC) y la Universidad de La Laguna (ULL) Francisco-Shu Kitaura propone un marco teórico común para estudiar este tipo de patrones, tomando prestados conceptos de la cosmología, la física estadística y la ciencia de los sistemas complejos.
El estudio, publicado en la revista Journal of Cosmology and Astroparticle Physics (JCAP) bajo el título Emergence of Complex Web Structures, aborda una pregunta central: ¿cómo pueden aparecer formas ordenadas —láminas, filamentos, nudos, redes— a partir de un estado inicial mucho más uniforme y aleatorio, sin que eso contradiga una de las leyes más básicas de la física, según la cual el desorden de un sistema tiende siempre a aumentar? La respuesta, según Kitaura, es que esas estructuras solo parecen más ordenadas si las miramos de forma simplificada: en realidad, el sistema en su conjunto gana complejidad, con nuevas relaciones y correlaciones entre sus partes.
Un puente entre dos disciplinas
El artículo no afirma que el cerebro se rija por la gravedad ni que las neuronas se comporten como galaxias. Lo que plantea es que sistemas físicamente muy distintos pueden compartir propiedades estadísticas y geométricas cuando se observan a una escala intermedia, ni demasiado grande ni demasiado pequeña. En el Universo, pequeñas irregularidades iniciales crecen por efecto de la gravedad hasta formar vacíos, láminas, filamentos y grandes cúmulos de galaxias: es la llamada red cósmica. En el cerebro, las imágenes obtenidas por resonancia magnética muestran también una organización con direcciones preferentes y patrones que se repiten a distintas escalas. Esa similitud estructural, subraya el estudio, no implica un mismo origen físico, pero sí abre la puerta a analizar ambos sistemas con las mismas herramientas matemáticas.
De la señal cósmica a la señal cerebral
Esta propuesta conecta con dos proyectos que dirige el propio Kitaura. COSMIC-SIGNAL desarrolla métodos matemáticos y estadísticos para extraer información sobre cómo se distribuyen las galaxias en el Universo, con el objetivo de investigar la materia oscura, la energía oscura y el origen del cosmos. COSMIC BRAIN traslada ese conocimiento al estudio del cerebro humano: en trabajos anteriores, el equipo ya ha aplicado técnicas estadísticas nacidas en la cosmología a imágenes cerebrales para estimar la edad del cerebro con más precisión, y ha llegado a transformar información tridimensional de imágenes cerebrales en sonido, abriendo nuevas vías para explorar estos datos.
Crecer en una dirección concreta
Uno de los conceptos centrales del trabajo es la anisotropía: la tendencia de una estructura a crecer en unas direcciones más que en otras, en lugar de hacerlo de forma uniforme en todas ellas. En el Universo, el colapso de la materia en una sola dirección genera láminas; en dos direcciones, filamentos; y en las tres, los nodos más densos, donde se concentran las galaxias. Los experimentos del estudio muestran que las fuerzas de marea —las mismas que provocan las mareas oceánicas, pero a escala cósmica— permiten detectar esta organización direccional antes incluso de que aparezcan indicios en la densidad de cada región. Kitaura sugiere que algo similar podría ocurrir en el cerebro: la información relevante para entender un tejido complejo no estaría solo en cada zona analizada de forma aislada, sino también en su entorno, su orientación y su relación con estructuras de otras escalas.
Estas ideas abren la puerta a que herramientas diseñadas originalmente para reconstruir la distribución de la materia en el Universo puedan contribuir, en el futuro, al estudio del envejecimiento cerebral y de enfermedades neurodegenerativas. El propio estudio advierte, no obstante, de que estas posibles aplicaciones clínicas deberán confirmarse con investigaciones específicas.
“El Universo y el cerebro no obedecen a la misma dinámica microscópica, pero ambos nos plantean el mismo reto: comprender estructuras complejas, con direcciones preferentes y organizadas en múltiples escalas. Este trabajo muestra que conceptos desarrollados en cosmología pueden formar parte de un lenguaje más general de la complejidad, y sienta las bases para investigar con rigor qué puede aportar esta perspectiva a la neurociencia”, explica Francisco-Shu Kitaura.
El trabajo representa así un paso hacia una ciencia menos compartimentada, en la que los métodos creados para observar las mayores estructuras del cosmos ayudan a explorar uno de los sistemas más complejos de la naturaleza: el cerebro humano.
Proyectos relacionados
COSMIC-SIGNAL — Cosmic Structure Inference from Galaxy Networks and Lightcones
COSMIC BRAIN
Artículo: Francisco-Shu Kitaura: Emergence of Complex Web Structures, JCAP07(2026)051. DOI: 10.1088/1475-7516/2026/07/051
Contacto:
Francisco-Shu Kitaura, fkitaura@ull.edu.es
