Los neurocientíficos exploran los ‘eventos’ del cerebro, hacia una nueva comprensión de las lesiones y los trastornos cerebrales
Una representación de un «evento» del cerebro, según lo registrado con fMRI. Los fotogramas, que están separados por unos 6 segundos, muestran señales cerebrales correlacionadas antes, durante y después de un breve estallido de actividad. Crédito: Universidad de Indiana
Usando un nuevo modelo de actividad cerebral, los neurocientíficos computacionales de la Universidad de Indiana Maria Pope, Richard Betzel y Olaf Sporns están explorando sorprendentes ráfagas de actividad en el cerebro humano que no han sido examinadas antes. Estos estallidos pueden tener potencial para servir como biomarcadores de enfermedades cerebrales y afecciones como la depresión, la esquizofrenia, la demencia y el TDAH.
Mientras analizaba los datos de neuroimágenes humanas, el equipo de investigación de IU descubrió breves ráfagas de actividad que forman «eventos» continuos en el cerebro y siempre tienen lugar sin importar la actividad o el estado del cerebro. En el transcurso de un escáner cerebral de 10 minutos, estos eventos ocurrirán aproximadamente de 10 a 20 veces, cada uno con una duración de solo unos segundos, encontraron los investigadores.
«Lo que la gente no había visto es que cómo el cerebro regiones hablan entre sí está marcada por estos breves momentos de solo unos segundos durante los cuales suceden muchas cosas», dijo Olaf Sporns, profesor distinguido y presidente Robert H. Shaffer en el Departamento de Psicología de la Facultad de Artes y Ciencias. y Brain Sciences en IU Bloomington.
«Ahora que los vemos, nos hemos centrado en esos momentos para obtener una imagen de cómo las regiones específicas del cerebro se conectan y hablan entre sí durante estos eventos».
Para comenzar a investigar el funcionamiento de estos eventos misteriosos, el equipo construyó un modelo computacional. Dirigido por Maria Pope, una estudiante de posgrado en el laboratorio de Sporns y un doctorado dual. candidato en neurociencia e informática, el grupo utilizó datos de neuroimagen de un cerebro humano para construir un modelo que replica sus conexiones. Luego, el modelo se simuló en un estado similar al del cerebro en reposo para crear señales sintéticas de resonancia magnética, utilizando ecuaciones matemáticas que recrean la actividad neuronal.
El modelo mostró eventos similares a los que se ven en las grabaciones del cerebro humano.
El artículo que describe el modelo y describe cómo se compara con el cerebro real se publicó en la edición del 16 de noviembre de Proceedings of the National Academy of Sciences.
«El modelo nos muestra que estos eventos son guiados por la red estructural del cerebro», dijo Pope. «Están ligados a la estructura física del cerebro».
Más específicamente, los eventos se originan en grupos de neuronas y regiones del cerebro que están densamente interconectadas y momentáneamente se iluminan juntas. Sporns comparó el patrón con una orquesta tocando una pieza musical.
«Hay momentos en los que la orquesta se une y hay un tema. No están tocando una sola nota durante 10 minutos. Hay momentos breves en el que domina la actividad coordinada y en otros momentos puede haber mucho menos», dijo Sporns. «Este flujo y reflujo de la coordinación es algo que también vemos en el cerebro, y nuestro modelo puede reproducirlo. Los grupos de regiones del cerebro se combinan de diferentes maneras. No es solo un patrón, sino múltiples variaciones sobre un tema».
El resultado del nuevo modelo, sugirió Sporns, es un potencial cambio de juego.
«La conectividad funcional ha sido un fuerte enfoque en la investigación como un biomarcador potencial para los trastornos cerebrales y se ha relacionado con condiciones como la depresión , esquizofrenia, demencia y TDAH. Y los investigadores han intentado durante años utilizar simulaciones cerebrales en aplicaciones clínicas para modelar lesiones o enfermedades», dijo Sporns. «Este nuevo modelo nos brinda una mejor lente a través de la cual mirar el cerebro, para ver más claramente lo que sucede en condiciones normales y anormales».
Los investigadores ahora están profundizando en por qué el cerebro humano emplea estos breves estallidos de actividad.
«Quizás el cerebro ha desarrollado este tipo de actividad porque es beneficioso. Algo sobre la estructura de los eventos puede ser útil para el cerebro», dijo Pope. «Por ejemplo, muchos tipos de sistemas en red tienen que realizar actualizaciones o reinicios ocasionales del sistema, tomando algún tipo de información útil a nivel mundial y comunicándola al resto del sistema».
Las respuestas a estas preguntas pueden tener implicaciones no solo para comprender el cerebro, sino también para el estudio de las redes neuronales y la inteligencia artificial.
«Un mapeo más claro de la estructura y la función a nivel individual podría tener implicaciones sobre cómo diagnosticamos enfermedades neurológicas y conducir a tratamiento e intervención personalizados», dijo Betzel, profesora del Departamento de Ciencias Psicológicas y del Cerebro de la Facultad de Artes y Ciencias.
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El nuevo modelo de ‘conversaciones’ del cerebro humano podría informar la investigación sobre enfermedades cerebrales, cognición Más información: Maria Pope et al, Modular origins of high-amplitude cofluctuations in fine- Dinámica de conectividad funcional a escala, Actas de la Academia Nacional de Ciencias (2021). DOI: 10.1073/pnas.2109380118 Información de la revista: Procedimientos de la Academia Nacional de Ciencias
Proporcionado por la Universidad de Indiana Cita: Los neurocientíficos exploran «eventos» cerebrales, hacia un nueva comprensión de las lesiones y trastornos cerebrales (2021, 16 de noviembre) recuperado el 29 de agosto de 2022 de https://medicalxpress.com/news/2021-11-neuroscientists-explore-brain-events-injuries.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.