Una curiosa y “loca” dinámica del cerebro garantiza su funcionamiento óptimo

El trabajo arroja nueva luz sobre el enigma científico de cómo la estructura del cerebro (es decir, los detalles del enmarañado tejido de sus interconexiones) condiciona y afecta la actividad de las neuronas a nivel global, e influye, por tanto, en los procesos sensoriales y cognitivos. Como explica Miguel Ángel Muñoz en la nota de prensa publicada por la UGR, “utilizando una sencilla analogía es como si tuviéramos a nuestra disposición, por un lado, un detallado atlas de carreteras, y por otro, un mapa del tráfico en distintos y determinados momentos del día”.

En los últimos años, diversas investigaciones habían permitido obtener información importante sobre dos aspectos distintos y complementarios del cerebro humano: el diseño de la intrincadísima red de conexiones neuronales del cerebro y los mapas de actividad neuronal en distintas partes del cerebro, a distintas escalas y durante la realización de tareas sencillas o en reposo. Estos mapas se han logrado con distintos tipos de mediciones (magnetoencelografía, resonancia magnética funcional o potenciales de campos locales, por ejemplo) que, al parecer, son bastante sencillas.

Para su descubrimiento, los científicos emplearon el mapa de conexiones cerebrales más preciso elaborado hasta la fecha, llevado a cabo por el profesor Sporns, de la Universidad de Indiana (Estados Unidos). Usando como soporte la arquitectura de dicha red de interconexiones (la red de carreteras), los investigadores del Instituto Carlos I utilizaron modelos matemático-computacionales relativamente sencillos para analizar cómo la actividad neuronal se propaga por la red (siguiendo con la analogía del tráfico, como éste fluye en distintas condiciones).

Avalanchas de actividad

Los modelos analizados muestran avalanchas de actividad en el cerebro que ya no pueden explicarse con el ejemplo del tráfico, porque tiene propiedades muy curiosas. Según los investigadores, para poder utilizar la misma analogía “debería ocurrir que los coches, en un punto, pudiesen desdoblarse en varios y multiplicarse o evaporarse”. Por ello, los expertos han utilizado otra comparación: se parecen a terremotos que, a mayor o menor escala, continuamente perturban la superficie de la tierra, y que en un proceso de cascada desencadenan avalanchas sísmicas de gran variabilidad.

Todos estos episodios de actividad neuronal permiten entender cómo la información codificada en las neuronas viaja de un lugar a otro del cerebro, integra toda la información y da coherencia al sistema. Asimismo, estas avalanchas de actividad en el cerebro aparecen con una variabilidad enorme de tamaños y formas óptimas, ni siempre pequeñas ni siempre grandes.

Además, la durabilidad de estas avalanchas es la que permite una funcionalidad óptima del cerebro. “Si las avalanchas fuesen demasiado breves, la información codificada en ellas no podría viajar de una parte a otra del cerebro y no habría una coherencia suficiente para las operaciones cognitivas. Por otro lado, si las avalanchas fuesen siempre demasiado intensas, el cerebro estaría en un estado perpetuo de terremoto devastador, o dicho con algo más de precisión, en un estado de perpetua actividad epiléptica. Ambas posibilidades serían nefastas para el correcto funcionamiento del cerebro y ambas se pueden relacionar con patologías mentales”, apuntan los autores. Por lo tanto, la dinámica de las redes neuronales sanas parece operar justo en un punto crítico, en el límite entre los dos estados anteriores.

Fuente | Universidad de Granada

Imagen | Figura original del “Human Connectome Project. P. Hagmann P et al.–PLoS Biol