Un equipo de científicos ha revelado nuevos datos sobre el enigma de cómo la estructura cerebral condiciona y afecta la actividad de las neuronas, influenciando así los procesos sensoriales y cognitivos.

En los últimos años, diversas investigaciones han permitido obtener información sobre cómo es el diseño de la red de conexiones neuronales del cerebro y de cuáles son los mapas de actividad neuronal en sus distintas regiones, a distintas escalas y durante la realización de tareas.

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Dichos mapas se han logrado con mediciones de distinta naturaleza (magnetoencelografía, resonancia magnética funcional o potenciales de campos locales, por ejemplo).

Es por ello que, durante su investigación, los científicos emplearon el mapa de las conexiones cerebrales más preciso que ha sido elaborado hasta la fecha. Usando como soporte la arquitectura de dicha red de interconexiones (la red de carreteras), los investigadores utilizaron modelos matemático-computacionales relativamente sencillos para analizar cómo la actividad neuronal fluye en distintas condiciones.

Mapa de conexiones cerebrales.
Mapa de conexiones cerebrales.

Los resultados del estudio

Los modelos analizados dan lugar de forma natural a la presencia de avalanchas de actividad.

Miguel Ángel Muñoz, uno de los investigadores a cargo del proyecto, recalca que estos episodios son similares a los 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.

“Los episodios de actividad neuronal constituyen un mecanismo para entender cómo la información codificada en las neuronas viaja de un lugar a otro del cerebro, haciendo así posible la integración de toda la información, dando coherencia al sistema”, asegura Muñoz.

Los expertos demuestran, mediante cálculos matemáticos y el uso extensivo de simulaciones computacionales, que las avalanchas de actividad aparecen en el cerebro con una variabilidad enorme de tamaños y formas óptimas, ni exclusivamente pequeñas, ni sistemáticamente grandes.

“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.

A la luz de los resultados de este trabajo, la dinámica de las redes neuronales sanas parece operar justo en un punto crítico, en el límite entre los dos estados anteriores: la actividad se propaga de forma marginal, pudiendo llegar a todas partes pero sin sobresaturar el sistema, con un delicado balance de avalanchas pequeñas y grandes, de todas las escalas posibles.

Los científicos han demostrado que la arquitectura del cerebro a gran escala -que tiene una estructura organizada en distintas capas en modo jerárquico- es tal que hace que sea mucho más sencillo alcanzar este estado de avalanchas críticas de lo que se pensaba hasta el momento.

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