La Red de Microtúbulos-Actina Dentro de la Neurona Regula la Sincronización Precisa de las Señales Eléctricas a Través de Vórtices Electromagnéticos

Por: William Brown, Científico de Resonance Science Foundation

El cerebro es un procesador fractal masivamente paralelo que genera complejos patrones espaciotemporales de campos electromagnéticos que se correlacionan con la cognición y la percepción. Una propiedad clave de un sistema fractal es la complejidad independientemente de la escala, lo que significa que el grado de complejidad del sistema es invariante bajo la escala; por ejemplo, utilizando una cuantificación de ley de potencia, puede demostrarse que el grado de complejidad dentro del cerebro humano es aproximadamente invariante desde el nivel tisular, al celular y al molecular. Los potenciales de campo eléctrico y las respuestas de resonancia magnética del cerebro muestran dinámicas libres de escala [1], y estas dinámicas cerebrales invariantes de escala contienen estructuras espaciotemporales complejas que están moduladas por el rendimiento de la tarea. Estudios anteriores han demostrado que las correlaciones temporales sin escala conectan los modos vibracionales de neuronas individuales con los biopolímeros de tipo antena fractal (resonadores dieléctricos), como los microtúbulos, dentro de cualquier neurona individual, lo que demuestra una vinculación sin escala de las resonancias dieléctricas desde el nivel celular al molecular en las neuronas cerebrales [2].

Ahora, experimentos recientes realizados por el grupo de investigación de Bandyopadhyay, han medido directamente un par de vórtices de campo eléctrico generados por la red similar a forma de rejilla de filamentos intermedios de actina, justo debajo de la membrana neuronal, que activa coherentemente todos los canales de iones en un área circular de la bicapa lipídica de la membrana cuando se propaga una señal eléctrica [3]. Las imágenes de resonancia dieléctrica obtenidas por el grupo de investigación mostraron que la red ordenada de microtúbulos en el núcleo del cuerpo celular de la neurona inicia e instruye una red cilíndrica en forma de rejilla de superestructura de filamentos intermedios de beta-espectrina y actina que interactúan con la bicapa lipídica neuronal para generar una par de vórtices eléctricos, que a su vez regulan la sincronización de la señal del vórtice eléctrico-iónico de la membrana neuronal. Los hallazgos son una continuación de la caracterización empírica del grupo de investigación de Bandyopadhyay y la demostración de los microtúbulos y el papel directo de la red filamentosa subcelular asociada en la dinámica electromagnética sin escala que subyace a la cognición y la percepción dentro del cerebro [4], que funcionan como guías de ondas circulares y resonadores [5] , así como procesadores de información [6].

Utilizando tecnología de sonda coaxial, con resolución a escala nanoscópica, y microscopía de resonancia dieléctrica, el grupo de investigación Bandyopadhyay pudo investigar comunicaciones ultrarrápidas de señales electromagnéticas que se originan en el haz de microtúbulos filamentosos dentro de neuronas individuales a una red similar a una rejilla de actina justo debajo de la membrana neuronal que regula la sincronización de los potenciales de acción. Los investigadores encontraron que las transmisiones filamentosas se saturaron 200 microsegundos antes del disparo neuronal de un potencial de acción, un dominio de tiempo que es 1000 veces más rápido que la espiga nerviosa. Las mediciones de la sonda coaxial a nanoescala en tres dominios temporales simultáneos: milisegundos, microsegundos y nanosegundos resolvieron que las transmisiones electromagnéticas a través de las proteínas de tubulina, los microtúbulos y las neuronas tenían un patrón de dominio temporal similar en un triplete sin escala de patrón temporal triplete (Película 1, Figura 2).

 _{Figura 1. (a) Resonancia 2D de un único microtúbulo aislado, que muestra una banda de tripletes de 10-300 kHz, 10-230 MHz y 1-20 GHz. Una línea de puntos muestra la ubicación de la medición de resonancia 1D (arriba), los datos se muestran debajo del panel (a). El gráfico de resonancia 3D del panel a se representa como un nido de nueve círculos (nueve círculos dentro de tres círculos dentro de un círculo = 13 círculos). Un triplete en un gráfico de resonancia 1D del panel se conecta mediante una sombra y una flecha (a), con el esquema del panel (b); (c) El gráfico circular triplete-triplete del panel b es una réplica de los datos experimentales de resonancia (panel a), sin embargo, las oscilaciones resonantes siguen una condición periódica.Si se aplican límites periódicos, entonces el panel b se parece al panel c. Se puede encontrar el triplete en el panel c, cada triplete tiene una única frecuencia, y su periodo total es la suma de tres frecuencias en su interior: cada una de las tres tiene periodos de ocho frecuencias (un caso particular de la tubulina). Reproducido de K. Saxena et al., "Fractal, Scale Free Electromagnetic Resonance of a Single Brain Extracted Microtubule Nanowire, a Single Tubulin Protein and a Single Neuron," Fractal and Fractional, vol. 4, no. 2, Art. no. 2, Jun. 2020, [2].}

Utilizando la imagen de resonancia dieléctrica, los investigadores observaron secciones del núcleo de neurofilamentos-microtúbulos, que adquirían energía electromagnética resonante y, debido a la resonancia dieléctrica y a las simetrías locales de los filamentos orientados helicoidalmente, transportaban selectivamente energía cuantizada a través de la red subcelular, contribuyendo al potencial de campo eléctrico endógeno de la neurona. A continuación, haciendo resonar selectivamente la superestructura de rejilla cilíndrica beta-espectrina-actina con la frecuencia de resonancia adecuada, los investigadores observaron la formación de anillos brillantes de vórtices electromagnéticos justo debajo de la membrana plasmática (Figura 2). El equipo de investigadores describe la topología exacta del potencial de acción en propagación como un anillo de campos eléctricos alrededor del perímetro circular de la rama axonal, propagándose como un paquete de ondas Gaussianas en 3D. Esto contrasta con el modelo neuronal convencional que considera únicamente las transmisiones neuronales como potenciales de espiga 1D, lo que, como señala el grupo de investigación, no se ajusta a lo que ocurre en la red en un escenario del mundo real. Tal como lo observó directamente la metodología avanzada del equipo de investigación con resolución a nanoescala, el impulso nervioso es un vórtice eléctrico-iónico que cubre el perímetro de las ramas axonales o dendríticas y está regulado por señales electromagnéticas de la red filamentosa subcelular subyacente.

_{Figura 2. (A)  Montaje experimental para la medición combinada de abrazadera de parche y sonda coaxial en una placa de cultivo. La sonda atómica coaxial, de reciente invención, detecta varios dominios temporales a la vez, incluso por debajo de 0,5 nm. Su cavidad se encuentra entre una aguja metálica de Pt y un cilindro metálico de Au y atrapa vibraciones (10^-20 vatios) en sus proximidades, la geometría cónica de la cavidad amplifica esa señal. El resonador dieléctrico integrado (vidrio) aumenta el factor Q (~10⁵) en todas las frecuencias que permite su geometría cónica (3 kHz a 40 GHz). A diferencia de la abrazadera de parche, una sonda atómica lee cuatro señales simultáneamente, filtra el ruido, mide cuatro vibraciones distintas de complejos de proteínas, sin ruido (S/N~10⁵), en el interior profundo de una neurona. (B) Montaje experimental para la combinación simultánea de microondas y ondas de radio con óptica cuántica. Un láser monocromático (633,5 nm) pasa a través de una lente de vórtice para generar un vórtice óptico que se proyecta sobre la región del axón.Una cámara semiconductora toma imágenes del conjunto de vórtices reflejados o transmitidos. (C) Esquema del núcleo de neurofilamentos, que transporta energía EM resonante a la superestructura filamentosa intermedia de actina-beta espectrina, que activa coherentemente los canales iónicos de membrana para controlar el tiempo preciso de disparo iónico. (D) Dos paneles muestran que en el primer paso, beta-espectrina-actina Anillo 1, Anillo 2 están activos, los iones se liberan en la vía circular entre ellos. A continuación, el anillo 1 se desconecta y los anillos 2 y 3 se activan. Los canales iónicos entre ellos se activan para la liberación de iones. Reproducido de P. Singh et al., “Cytoskeletal Filaments Deep Inside a Neuron Are not Silent: They Regulate the Precise Timing of Nerve Spikes Using a Pair of Vortices,” Symmetry, vol. 13, no. 5, Art. no. 5, Mayo 2021, [3].}

El grupo de investigación de Bandyopadhyay ha descrito la importancia de la temporización, o frecuencia, de las señales eléctricas neurofilamentarias a la hora de generar los patrones de campo electromagnético espaciotemporales específicos y altamente estructurados del cerebro. De hecho, esto ha llevado a los investigadores a proponer un modelo de cristal de tiempo autooperativo del cerebro humano, y han discutido la posibilidad de replicar completamente la funcionalidad cognitiva del cerebro mediante una arquitectura fractal 3D de relojes por sí sola [7]. Esto pone de relieve la importancia de los últimos descubrimientos del equipo, ya que los vórtices electromagnéticos generados en la red de submembranas de actina producen un reloj de microsegundos que regula la conducción iónica de milisegundos del axón neuronal. Este hallazgo corrobora investigaciones anteriores de las que hemos informado, como el procesamiento subumbral multinivel en dendritas , en el que la compleja arquitectura subsináptica confiere a una sola neurona la potencia computacional que normalmente se atribuye a redes neuronales enteras de múltiples capas [8].

El equipo de investigación de Bandyopadhyay describe las oscilaciones periódicas fractalizadas del microtúbulo a la actina y las membranas neuronales como relojes interconectados, cuyo orden y disposición revelan simetría en la estructura de información de la neurona. El conjunto de vórtices electromagnéticos / ópticos es una estructura geométrica y al vincularlos con diferentes simetrías de la arquitectura neuronal, se ha añadido una perspectiva de hardware a las observaciones del proceso de señalización colectiva en circuitos filamentosos. Los investigadores afirman que en el futuro investigarán para comprender mejor cómo la interacción y los mecanismos de ajuste temporal de la arquitectura del reloj fractal explican la entropía y las respuestas termodinámicas de una neurona. Y a medida que avance su tecnología de sonda coaxial e imagen por resonancia dieléctrica, esperan obtener una mayor resolución de los subcomponentes de la neurona para hacer corresponder cada conjunto de frecuencias de resonancia a un subcomponente específico, delineando aún más la dinámica subumbral que regula el potencial eléctrico de la célula.

RSF en Perspectiva

"La complejidad sin escala asociada al sistema biológico en general, y a la neurona en particular, significa que dentro de cada célula hay un verdadero cerebro macromolecular, al menos en términos de complejidad estructural, y quizá también hasta cierto punto de complejidad funcional: una arquitectura fractal interconectada. Esto significa que la visión extremadamente simplista de la sinapsis como un único bit digital está tergiversando la realidad de la situación, ya que, si utilizáramos la jerga del modelo neurocomputacional, cada "unidad computacional" contiene un auténtico cerebro macromolecular en su interior. Todavía no existe ningún ordenador o tecnología humana equivalente a esto".

– William Brown, Resonance Academy Big Questions Course, Lesson III: The Cellular Hologramic Information Nexus | Sentience and Memory Encoding in Cellular and Macromolecular Systems. 2018.

Los complejos patrones espaciotemporales del campo electromagnético, que macroscópicamente forman formas de onda continuas, mientras que microscópicamente se componen de oscilaciones electrónicas discretas y vórtices electromagnéticos, son una indicación directa de cómo el funcionamiento del cerebro y la cognición en sí son de naturaleza similar a los campos. Los comportamientos de los campos, como el electromagnético, contienen un tipo inherente de cualidad no local, por eso explican las fuerzas físicas y la aparente acción a distancia. Cuando se considera el estado de vacío del campo electromagnético, es inequívocamente no local, con una correlación espacial intrínseca que conecta los sistemas independientemente de la separación espacial o temporal (ver nuestro artículo protocolo de teleportación cuántica de energía). Esto significa que nuestras mentes son similares a los campos y funcionan de forma mucho más parecida a la Resonancia Mórfica de Rupert Sheldrake que al modelo neurocomputacional convencional (Rupert Sheldrake ha documentado experimentalmente pruebas de la señalización no local que se produce en el cerebro y durante la cognición animal) 

El funcionamiento del cerebro como un campo no podría ser más evidente que al considerar la biofísica de las antenas fractales que se encuentran en muchos niveles del sistema neuronal, desde subregiones cerebrales completas a neuronas individuales, hasta componentes neuronales subcelulares. Muchas de estas estructuras son resonadores dieléctricos y ahora se han documentado empíricamente como guías de ondas electromagnéticas. Estos son los sistemas que acoplan las funciones biológicas al campo, que a su vez está compuesto por resonadores armónicos con funciones de histéresis y memoria, razón por la que nos referimos al tejido del espacio como espaciomemoria.

El espaciomemoria es la sede de los procesos inteligentes en la naturaleza y, debido a su vasta interconectividad y no localidad en el espacio y el tiempo, es un dominio de hiperinteligencia natural. No es de extrañar, pues, que las estructuras de procesamiento de la información del sistema biológico estén específicamente acopladas al campo, ya que el sistema biológico surgió de la red hiperinteligente del campo y evolucionó con ella. Incluso los vórtices electromagnéticos descritos por el equipo de investigación de Bandyopadhyay son una prueba de ello, ya que la dinámica toroidal es una característica integral clave de la geometría fundamental del espaciotiempo, de tal forma que un vórtice electromagnético dentro de la neurona está induciendo una dinámica toroidal del Plasma de Planck, para la máxima transmisión coherente de energía y sincronización colectiva.

Referencias

[1] B. J. He, “Scale-Free Properties of the Functional Magnetic Resonance Imaging Signal during Rest and Task,” J. Neurosci., vol. 31, no. 39, pp. 13786–13795, Sep. 2011, doi: 10.1523/JNEUROSCI.2111-11.2011.

[2] K. Saxena et al., “Fractal, Scale Free Electromagnetic Resonance of a Single Brain Extracted Microtubule Nanowire, a Single Tubulin Protein and a Single Neuron,” Fractal and Fractional, vol. 4, no. 2, Art. no. 2, Jun. 2020, doi: 10.3390/fractalfract4020011.

[3] P. Singh et al., “Cytoskeletal Filaments Deep Inside a Neuron Are not Silent: They Regulate the Precise Timing of Nerve Spikes Using a Pair of Vortices,” Symmetry, vol. 13, no. 5, Art. no. 5, May 2021, doi: 10.3390/sym13050821.

[4] S. Sahu, S. Ghosh, K. Hirata, D. Fujita, and A. Bandyopadhyay, “Multi-level memory-switching properties of a single brain microtubule,” Applied Physics Letters, vol. 102, no. 12, p. 123701, Mar. 2013, doi: 10.1063/1.4793995.

[5] F. Jelínek and J. Pokorný, “Microtubules in Biological Cells as Circular Waveguides and Resonators,” Electro- and Magnetobiology, vol. 20, no. 1, pp. 75–80, Jan. 2001, doi: 10.1081/JBC-100103161.

[6] T. J. A. Craddock, C. Beauchemin, and J. A. Tuszynski, “Information processing mechanisms in microtubules at physiological temperature: Model predictions for experimental tests,” Biosystems, vol. 97, no. 1, pp. 28–34, Jul. 2009, doi: 10.1016/j.biosystems.2009.04.001.

[7] P. Singh et al., “A Self-Operating Time Crystal Model of the Human Brain: Can We Replace Entire Brain Hardware with a 3D Fractal Architecture of Clocks Alone?,” Information, vol. 11, no. 5, Art. no. 5, May 2020, doi: 10.3390/info11050238.

[8] A. Gidon et al., “Dendritic action potentials and computation in human layer 2/3 cortical neurons,” Science, vol. 367, no. 6473, pp. 83–87, Jan. 2020, doi: 10.1126/science.aax6239.