Los neurocientíficos exploran «eventos» misteriosos en el cerebro que abren nuevos caminos para comprender las lesiones y trastornos cerebrales – ScienceDaily

Al analizar los datos de neuroimagen humana, el equipo de investigación de la interfaz de usuario descubrió breves ráfagas de actividad que forman «eventos» en curso en el cerebro y siempre ocurren, independientemente de 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 una con una duración de unos pocos segundos, encontraron los investigadores.

«Lo que la gente no había visto es que la forma en que las regiones del cerebro se comunican entre sí está marcada por estos breves momentos que duran solo unos segundos durante los cuales suceden muchas cosas», dijo Olaf Sporns, profesor distinguido y Robert H. .Silla Shaffer. en el Departamento de Psicología y Ciencias del Cerebro de la Facultad de Artes y Ciencias de IU Bloomington.

«Ahora que los vemos, nos enfocamos en esos momentos para tener una idea de cómo regiones específicas del cerebro se conectan y se comunican entre sí durante estos eventos».

Para comenzar a investigar cómo funcionan estos misteriosos eventos, el equipo construyó un modelo computacional. Dirigido por Maria Pope, estudiante de posgrado en el laboratorio de Sporns y doble doctorado. Como candidato en neurociencia e informática, el equipo utilizó datos de neuroimagen de un cerebro humano para construir un modelo que replicaba sus conexiones. Luego, el modelo se simuló en un estado de reposo similar al del cerebro para crear señales sintéticas de resonancia magnética, utilizando ecuaciones matemáticas que reconstruyen la actividad neuronal.

El modelo mostró eventos similares a explosiones como 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 procedimientos de la Academia Nacional de Ciencias.

«El modelo nos muestra que estos eventos son impulsados ​​por la red estructural del cerebro», dijo Pope. «Están relacionados con la estructura física del cerebro».

Más específicamente, los eventos se originan en grupos de neuronas y regiones cerebrales que están densamente interconectadas y se encienden momentáneamente juntas. Sporns comparó el patrón con una orquesta tocando una pieza musical.

«Hay momentos en que la orquesta se junta y hay un tema. No solo tocan una sola nota durante 10 minutos. Hay momentos breves en los que domina la actividad coordinada y otras veces puede haber mucho menos», dijo. .llamado Sporns. «Este flujo y reflujo de 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 modelo, sino múltiples variaciones sobre un tema».

El resultado del nuevo modelo, sugirió Sporns, es un potencial cambio de juego.

«La conectividad funcional ha estado en el centro de la investigación como un biomarcador potencial para los trastornos cerebrales y se ha relacionado con afecciones como la depresión, la esquizofrenia, la demencia y el 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 tanto en condiciones normales como anormales».

Los investigadores ahora están profundizando en por qué el cerebro humano emplea estas breves ráfagas 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 la red necesitan realizar ocasionalmente actualizaciones o restauraciones del sistema, tomando información útil a nivel mundial y comunicándola al resto del sistema».

Las respuestas a estas preguntas pueden tener implicaciones no solo para la comprensión del 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 las enfermedades neurológicas y conducir a tratamientos e intervenciones personalizados», dijo Betzel, profesor del Departamento de Ciencias Psicológicas y Cerebrales de la Facultad de Artes y Ciencias. .

El estudio fue financiado por la subvención de la National Science Foundation «NRT: Entrenamiento interdisciplinario en redes y sistemas complejos» (NSF 1735095) a Maria Pope y por la subvención de la National Science Foundation «NCS-FO: Edge-Centric Maps of Network Organization and Dynamics funcional cerebro «(NSF 2023985) a Richard Betzel y Olaf Sporns. Otros coautores incluyen a Makoto Fukushima, División de Ciencias de la Información, Escuela de Graduados de Ciencia y Tecnología y Centro de Ciencia de Datos, Instituto de Ciencia y Tecnología de Nara, Ikoma, Nara, Japón y Centro de Información y Redes Neuronales, Instituto Nacional de Información y Comunicaciones. Tecnología, Suita, Osaka, Japón.