La entropía y la irreversibilidad temporal multiescala en el análisis de sistemas complejos en fisiología humana
Resumen
La entropía y la irreversibilidad temporal multiescala en el análisis de sistemas complejos en fisiología humana
Entropy and multiscale time irreversibility in the analysis of complex systems in human physiology
Resumen
Los organismos biológicos operan lejos del equilibrio y se comportan como sistemas complejos regidos por dinámicas no lineales. La teoría del caos determinista dio lugar al desarrollo de métodos matemáticos que se han mostrado útiles en el estudio de la complejidad de las señales biológicas; los más recientes son la entropía y la irreversibilidad temporal multiescala. La entropía cuantifica la regularidad de un sistema, de forma que cuanto más regular es una serie, más predecible y menos compleja será por lo que su entropía será menor. Un valor bajo de entropía se corresponde con un sistema menos adaptativo. Esto puede observarse con el envejecimiento y la enfermedad. La capacidad de auto-organizarse de un organismo vivo está relacionada con la unidireccionalidad del flujo energético a través de sus sistemas y con la irreversibilidad de los procesos que en ellos se desarrollan. La irreversibilidad temporal consiste en la pérdida de consistencia de las propiedades estadísticas de una señal cuando se invierte en el tiempo su lectura, de forma que se crean dos trayectorias asimétricas con un índice de asimetría que es mayor en los sistemas fisiológicos sanos (que exhiben las dinámicas más complejas) que en la patología o el envejecimiento. El propósito de este manuscrito es revisar las aplicaciones de estos conceptos a la fisiología humana.
Resumen
Biological organisms act far from equilibrium and they behave as complex systems controlled by non linear dynamics. The Deterministic Chaos Theory developed mathematical methods which have demonstrated to be useful studying complexity in biological signals. The most recent of them are Entropy and Multiscale Time Irreversibility. Entropy quantifies regularity in a system, so a more regular series will be more predictable and less complex and its entropy will be lower. Low entropy reflects a less adaptable system and this may be observed in aging and illness. The auto-organizing capacity in a live organism is related to the uni-directionality of energy flow throw its systems and to the irreversibility of their processes. Time irreversibility consists in the loss of soundness in the statistic properties of a signal when one reverses its reading along the time. Two asymmetric trajectories are shown and the asymmetry index is higher in the healthy systems than in pathologic or aged one. The aim of this manuscript is to review the applications of these concepts to human physiology.
Palabras clave
Complejidad, Entropía, Irreversibilidad temporal
Keywords
Complexity, Entropy, Time irreversibility
