Un nuevo marco para comprender las representaciones dinámicas en los sistemas neuronales en red
Crédito: Ju & Bassett.
Grupos de neuronas en el cerebro humano producen patrones de actividad que representan información sobre los estímulos que uno está percibiendo y luego transmiten estos patrones a diferentes regiones del cerebro a través de uniones de células nerviosas conocidas como sinapsis. Hasta ahora, la mayoría de los estudios de neurociencia se han centrado en los dos componentes principales del procesamiento de información de las neuronas individualmente (es decir, la representación de estímulos en forma de actividad neuronal y la transmisión de esta información en redes que modelan las interacciones neuronales), en lugar de explorarlos juntos. .
Un equipo de investigadores de la Universidad de Pensilvania revisó recientemente la literatura que investiga cada uno de estos dos componentes para desarrollar un marco holístico que describa mejor cómo los grupos de neuronas procesan la información. Su artículo, publicado en Nature Neuroscience, presenta una perspectiva teórica holística que podría informar futuras investigaciones en neurociencia centradas en el procesamiento de información neuronal.
«En la última década, los neurocientíficos han utilizado herramientas más sofisticadas para comprender cómo funciona el el cerebro representa cosas que ve u oye en su entorno», dijeron a Medical Xpress Harang Ju y Danielle Bassett, los dos investigadores que llevaron a cabo el estudio. «Algunos investigadores estudiaron las representaciones cerebrales como patrones únicos de actividad cerebral, mientras que otros estudiaron las representaciones como patrones cambiantes de actividad. El objetivo de nuestro artículo era explorar cómo la comprensión del cerebro como una red de unidades neuronales y sus conexiones podría enmarcar los desarrollos recientes en una forma que ayuda a impulsar el campo hacia una mejor comprensión de la naturaleza dinámica de las representaciones neuronales».
El laboratorio dirigido por Bassett en la Universidad de Pensilvania considera sistemas complejos, como el cerebro humano, como redes creadas de muchas partes individuales (es decir, nodos) y las interacciones entre esas partes (es decir, bordes). Los investigadores se refieren tanto a las grandes áreas funcionales como a las pequeñas neuronas individuales del cerebro como unidades neuronales. Estas unidades generalmente se organizan en comunidades conectadas.
«Tomamos prestadas ideas de la teoría de sistemas dinámicos para describir cómo la estructura de la red de unidades neuronales puede determinar el rango de dinámicas que uno puede observar en comunidades individuales y a través de comunidades dispares», dijo Ju.
En su artículo, Ju y Bassett primero revisan los dos cuerpos de investigación que se centran en las representaciones neuronales o en los modelos de red. Posteriormente, también revisan los pocos estudios recientes que intentaron explicar o investigar estos dos componentes juntos.
Después de revisar la literatura previa, los investigadores intentaron integrar representaciones neuronales y modelos de redes en un marco único y holístico de representaciones neuronales dinámicas. Al hacerlo, propusieron dos sugerencias importantes: que cada grupo de neuronas o población neuronal tiene su propia dinámica interna y que diferentes poblaciones pueden interactuar entre sí para realizar cálculos altamente complejos.
«Por lo general, las neuronas se piensa que las representaciones simplemente se transmiten de una región del cerebro a otra, de manera muy similar al juego telefónico en el que pasas una palabra de persona a persona», explicó Ju. «Lo que sugerimos es más como un cóctel donde las personas, cada una con sus propias tendencias, interactúan entre sí para formar un tejido de conversaciones muy complejo».
El marco holístico ideado por Ju y Bassett es entre los primeros modelos teóricos que consideran los dos aspectos principales del procesamiento de información neuronal en conjunto. En el futuro, otros equipos de investigación podrían usar el marco como referencia general para investigar el procesamiento neuronal en su totalidad. Por lo tanto, podría potencialmente allanar el camino hacia nuevos descubrimientos sobre cómo las redes neuronales procesan la información.
«Hemos estado trabajando en el laboratorio para cuantificar la dinámica cerebral a escala neuronal y de cerebro completo», dijo Ju. «Ahora planeamos extender este trabajo para explorar más a fondo cómo la estructura de las conexiones del cerebro puede influir en su representación de un entorno en constante cambio».
Explore más
Investigando el papel de diferentes neuronas en redes neuronales artificiales Más información: Harang Ju et al. Representaciones dinámicas en sistemas neuronales en red, Nature Neuroscience (2020). DOI: 10.1038/s41593-020-0653-3 Información de la revista: Nature Neuroscience
2020 Science X Network
Cita: Un nuevo marco para comprender las representaciones dinámicas en sistemas neuronales en red (2020, 15 de julio) recuperado el 31 de agosto de 2022 de https://medicalxpress.com/news/2020-07-framework-dynamic-representations-networked-neural.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.