Des scientifiques de l'Université de Grenade (UGR) ont prouvé pour la première fois qu'il existe une relation étroite entre plusieurs phénomènes émergents dans les systèmes magnétiques (grandement étudiés par les physiciens de la matière condensée) et certains états d'activité cérébrale.

Les chercheurs, qui ont publié leurs travaux dans la revue Les réseaux de neurones , ont étudié un modèle cérébral constitué d'un réseau neuronal équilibré avec 80 % de synapses excitatrices (c'est-à-dire connexions neuronales qui favorisent la transmission d'informations entre neurones) et 20 % de synapses inhibitrices (connexions neuronales qui empêchent la transmission de ces informations).

De façon intéressante, l'objectif initial des scientifiques de l'UGR était d'étudier le fonctionnement du cerveau autiste, pour laquelle ils entendaient développer un modèle mathématique qui permettrait d'analyser les connexions neuronales de cette maladie.

Cependant, au fur et à mesure de l'avancement de leurs recherches, ils ont pu démontrer, à la fois mathématiquement et par des simulations informatiques, l'existence d'un type d'état appelé "spin glass, " qui correspond à des états de faible activité (Down) ou de forte activité (Up). Ceci a été largement décrit dans le cortex des mammifères, y compris le cerveau humain.

Les états dits de verre de spin sont des systèmes magnétiques qui ont été largement décrits dans des matériaux magnétiques désordonnés à basse température et apparaissent également dans des modèles de réseaux de neurones artificiels.

Les états de spin-verre sont des états de spin désordonnés gelés dus à la frustration dans les interactions entre spins (propriété physique des particules subatomiques, par lequel chaque particule élémentaire porte un moment cinétique intrinsèque dont la valeur est fixe). Lesdits états peuvent être à la fois ferromagnétiques et antiferromagnétiques, empêchant le système de se détendre à l'état fondamental ou provoquant des temps de relaxation très longs.

En neurosciences, d'autre part, les états de verre de spin se manifestent par une activité neuronale gelée, et ils apparaissent (en l'absence de fluctuations thermiques ou de bruit) dus aux interférences produites par la mémorisation d'un nombre macroscopique de mémoires et l'impossibilité de les discerner parmi tant d'entre elles dans le processus mémoriel.

Dans ce document, les chercheurs ont prouvé pour la première fois le rôle constructif et la fonctionnalité d'un type particulier d'état de verre de spin en neurosciences. "En réalité, nous avons prouvé à la fois théoriquement et par simulation que les états Up et Down observés dans l'activité du cerveau des mammifères ne seraient qu'une simple manifestation de ces états de verre de spin, " Joaquín Torres Agudo, professeur du Département d'électromagnétisme et de physique de la matière de l'UGR et auteur principal de l'étude, explique.

Ce travail constitue un cadre théorique approprié et original pour étudier les mécanismes biologiques de déstabilisation de ces états qui peuvent induire des transitions entre les états Up et Down, similaire aux transitions couramment décrites pendant les processus d'anesthésie ou dans la transition de l'éveil au sommeil.