RELACIONES ENTRE FISIOLOGÍA FRACTALIDAD Y ENTROPÍA DE SHANNON

La entropía según el modelo matemático de Shannon y Weaver es igual a lo que entendemos como información promedio de un mensaje .Es diferente del concepto de entropía de la termodinámica. Aunque los trabajos de Shannon sobre entropía sirven mejor para estudiar sistemas de comunicación no humanos, exploraremos en este artículo, aplicaciones de los mismos útiles para la medicina y la fisiología. El estado previo de conocimiento( cantidad de información ) de un sistema vivo(receptor) determina la relevancia informativa del hecho que le suceda (a menos conocimiento más relevancia). Información relevante equivale al concepto de pertinencia que equivale a su vez en matemáticas a probabilidad .Según el modelo matemático de información, una probabilidad de ocurrencia(hecho esperado,) grande, ofrece una cantidad de información menor y más incertidumbre y viceversa. Es decir un hecho inesperado contiene más información y reduce la incertidumbre del sistema, pero es procesado con más dificultad .La entropía de Shannon permite detectar diferencias en la variabilidad ( regularidad) de las señales biológicas .En la especie humana no existe un código de comunicación universal (código binario de la computación ),existen subcódigos( culturales, ideológicos , emocionales, religiosos, etc...). En biología un valor bajo de entropía se corresponde con un sistema menos adaptativo ( envejecimiento, enfermedad), es un sistema menos complejo. Los sistemas fisiológicos sanos de los seres vivos muestran las dinámicas más complejas funcionando siempre lejos del equilibrio termodinámico de los sistemas cerrados. Se comportan como sistemas complejos regidos por dinámicas no lineales( teoría del caos determinista ya comentada en su base en otro artículo de este blog), es decir son sistemas abiertos disipativos en continuo cambio en relación con el medio .Los sistemas disipativos son sistemas alejados del equilibrio termodinámico hacia el que tiende todo sistema cerrado, también llamado ¨muerte térmica¨. Gracias a su base autoorganizada estos sistemas disipativos mantienen su orden interno intercambiando información energía y materia con el medio externo .Realmente son islotes como decía Ilya Prigogine de entropía negativa o neguentropía según los conceptos de la termodinámica clásica .Los seres vivos siguen un modelo caótico de autoorganización,por ello mantienen su estructura y equilibrio( los modelos caóticos son muy flexibles).Esta flexibilidad para procesar información permite la supervivencia y confiere una gran resistencia. Los sistemas complejos ofrecen propiedades fractales. Las estructuras fractales son vestigios producidos por los sistemas dinámicos no lineales. La no linealidad está presente en múltiples señales fisiológicas. Las estructuras fractales se pueden organizar en muchas escalas tanto en el espacio como en el tiempo .Cuanto más predecible es un sistema más disminuye la entropía, y cuanto menos entropía más regularidad y menor complejidad( vejez) y también menor capacidad adaptativa a los cambios del medio . Aplicando todas estas bases a la fisiología en distintos centros de investigación se está comprobando su utilidad predictiva ( pronósticos médicos) y su uso práctico para comprender mejor la evolución de los procesos vitales que están en la base de la homeostasis. Tomemos algunos ejemplos: La dimensión fractal del EEG(electroencefalograma) de vigilia se acerca al valor 1,4 cerca del valor aleatorio que es 1,5( por tanto más complejo , más incierto y con menos información). Es decir un exceso de complejidad también hace insuficiente al cerebro porque supone un contenido de información prácticamente nulo( dimensión fractal igual a 1,5) equivalente a un valor aleatorio .Es decir tenemos 2 polos de ineficiencia intelectual: - El formado por poca complejidad y dimensión fractal baja. - El de un exceso de complejidad con dimensión fractal equivalente a un valor aleatorio(1,5). En este último caso existe muy poca probabilidad de que aparezcan códigos que disminuyan la aleatoriedad .Es decir desaparece el caos determinístico ( con códigos jerarquizados) y solo queda caos .A medida que el sueño se hace profundo ,disminuye la dimensión fractal hasta 1,1 La actividad cerebral se simplifica , disminuye la complejidad media , disminuye la incertidumbre. Por tanto el cerebro pasa a un estado de ineficiencia en su capacidad de responder a eventos del entorno .Usando escalas de fractalidad se podría medir por ejemplo la profundidad real de la anestesia( a mayor profundidad mayor disminución de la fractalidad). La fractalidad se mide con el análisis matemático de los sistemas dinámicos no lineales. En la anestesia también disminuye la complejidad media. El Parkinson y la demencia también ven disminuida la dimensión fractal del EEG. Es decir estas enfermedades se caracterizan por la disminución del nivel de complejidad de la actividad neuronal colectiva. También en las crisis epilépticas (antes y después), disminuye la dimensión fractal . Hay pérdida de la complejidad debido a la coordinación de la población de neuronas desencadenantes . Se reduce la incertidumbre ( hecho inesperado) por tanto hay más información pero esta se procesa con más dificultad (cerebro ineficiente en las crisis).