Neurocientíficos demuestran cómo mejorar la comunicación entre diferentes regiones del cerebro

Representación esquemática de una red de redes con un par de resonancia: 200 neuronas excitatorias (E) en cada red, incluidas 70 neuronas de proyección (P) y 50 neuronas inhibidoras (I ), tienen conectividad aleatoria, homogénea y de retorno escaso. La conectividad EE se muestra con flechas azules: vincula escasamente varias redes en una forma de avance. La flecha roja de la Red 2 a la Red 1 muestra bucles de retroalimentación escasos y aleatorios desde la segunda a la primera red EI, lo que designa a ambas redes como un par de resonancia aquí. Crédito: Hedyeh Rezaei

La comunicación selectiva entre las regiones del cerebro es crucial para la función cerebral. Pero la débil y escasa conectividad del cerebro es un gran obstáculo. Durante la última década, los neurocientíficos han identificado varios medios por los cuales se puede contrarrestar esta limitación. Ahora, científicos de Irán, Alemania y Suecia han identificado un nuevo papel de las conexiones bidireccionales para acelerar la comunicación entre las regiones del cerebro. Ahora han presentado sus resultados en la revista científica PLoS Computational Biology.

Esencialmente, hay dos formas en las que se puede contrarrestar la conectividad débil y escasa: por sincronía o por oscilaciones. En el modo sincrónico, muchas neuronas se unen (sincrónicamente) cuando transmiten estimulación. Juntos tienen un efecto combinado más fuerte en la red descendente que individualmente. Por el contrario, en el modo de oscilación, las oscilaciones de la red aumentan la conectividad efectiva periódicamente mediante la modulación de los potenciales de membrana de las neuronas aguas abajo que reciben la estimulación.

Pero las oscilaciones deben sincronizarse en las redes del emisor y el receptor. «Es una pregunta abierta cómo pueden ocurrir tales oscilaciones sincrónicas en el cerebro. Hace algún tiempo propusimos que la propiedad de resonancia de las redes neuronales puede usarse para generar oscilaciones sincronizadas», dice Ad Aertsen del Centro Bernstein Freiburg (BCF) de la Universidad de Friburgo. La resonancia en una red neuronal significa que cuando esta red se estimula a una frecuencia específica, la red comienza a oscilar y la entrada tiene un impacto mucho mayor. Esta idea se conoce como ‘comunicación a través de resonancia (CTR).’

Sin embargo, CTR planteó otro problema. Se necesitan varios ciclos de oscilación para generar la resonancia en la red. Además, dicha resonancia debe crearse en cada etapa posterior. Esto significa que la comunicación a través de las redes es bastante lenta. «Pensamos que la sincronía y las oscilaciones brindan modos de comunicación rápidos y lentos, respectivamente. Y ambos se pueden usar en diferentes situaciones. Pero seguimos desconfiando de este problema», explica Arvind Kumar del Royal Institute of Technology (KTH) en Estocolmo, Suecia. .

Una forma posible de acelerar la comunicación es reducir el tiempo que lleva generar la resonancia. Con este fin, el grupo se centró en la observación anatómica de las conexiones bidireccionales entre las áreas del cerebro. Es decir, no solo las neuronas de la red emisora se proyectan a las neuronas receptoras, sino que algunas neuronas de la red receptora también se proyectan de vuelta a la red emisora. «Tales conexiones bidireccionales son pocas, pero son suficientes para soportar un bucle entre las redes del emisor y el receptor», explica Alireza Valizadeh del Instituto de Estudios Avanzados en Ciencias Básicas en Zanjan, Irán. Una consecuencia importante de dicho bucle es que la resonancia se puede establecer en menos ciclos. Más importante aún, el bucle puede amplificar la señal y no hay necesidad de acumular resonancia en las capas posteriores. Hedyeh Rezaei, Ph.D. estudiante de la Universidad de Zanjan y estudiante visitante en el BCF bajo los auspicios de su proyecto de investigación dice: «Es notable que un bucle de conexiones de este tipo entre un solo par de resonancia de redes de emisor y receptor pueda acelerar la comunicación de la red en al menos un factor de dos».

Ad Aertsen concluye: «Estos nuevos hallazgos respaldan la idea de ‘comunicación a través de la resonancia’. Lo importante es que estos resultados implican conexiones bidireccionales entre las regiones del cerebro en una función novedosa, a saber, en la configuración de una comunicación más rápida y confiable entre ellos».

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Comunicación entre redes neuronales Más información: Hedyeh Rezaei et al. Facilitar la propagación de la actividad de picos en las redes de avance mediante la inclusión de retroalimentación, PLOS Computational Biology (2020). DOI: 10.1371/journal.pcbi.1008033 Información de la revista: PLoS Computational Biology

Proporcionado por Albert Ludwigs University of Freiburg Cita: Neurocientíficos demuestran cómo mejorar la comunicación entre diferentes Regions of the Brain (21 de agosto de 2020) recuperado el 31 de agosto de 2022 de https://medicalxpress.com/news/2020-08-neuroscientists-regions-brain.html Este documento está sujeto a derechos de autor. Aparte de cualquier trato justo con fines de estudio o investigación privados, ninguna parte puede reproducirse sin el permiso por escrito. El contenido se proporciona únicamente con fines informativos.