Contribución de la modelización computacional al conocimiento de la dinámica cerebral
La evolución ha conducido a los seres vivos a desarrollar un conjunto de estrategias para sobrevivir. El éxito evolutivo de los mamíferos ha sido a expensas de un desarrollo cerebral que les permite combinar la información recibida a través de los estímulos externos con la capacidad de adelantarse al futuro a través de la memoria acumulada por la experiencia, con el el objetivo último de adaptar su comportamiento de la manera más favorable.
La modelización computacional global cerebro permite estudiar el efecto de perturbaciones en las señales de entrada, en la integración y segregación de la información, llegando con ello poder discernir entre varios estados de conciencia, así como también entre la salud y la enfermedad cerebral.
Estas son las principales conclusiones de un trabajo que publica Nature Reviews Neuroscience el 17 de junio, que ha sido coordinado por Gustavo Deco , ICREA del Departamento de Tecnologías de la Información y las Comunicaciones (DTIC) y director del Centro de Cognición y Cerebro (CBC) de la Universidad Pompeu Fabra, en el que han participado investigadores daneses y norteamericanos. El artículo revisa la forma en que el cerebro tiene que regular el flujo de información de los estímulos entrantes para hacer posible la cognición y la adaptación del comportamiento.
Características topográficas del cerebro y experimentos controlados
Se sabe que existe un equilibrio entre la segregación y la integración de los estímulos que llegan al cerebro. Las características topológicas de las redes cerebrales observadas, principalmente comunidades de redes y nodos de conexión, apoyan esta segregación e integración de las señales, pero no proporcionan información sobre la dinámica cerebral o la forma en que se procesan los impulsos externos en el tiempo.
Por ejemplo, formalmente, por integración de la información se entiende aquel fenómeno por el que el sistema adquiere más información de la que tiene disponible a partir de la suma de sus partes. Esta integración se ha vinculado con la conciencia, aunque se puede lograr este mismo estado de forma no consciente, y se desconocen en cambio los principios subyacentes de este proceso fundamental.
A pesar de que los experimentos que controlan las entradas o inputs en el cerebro de manera selectiva y hacen un seguimiento de los efectos, han sido una de las estrategias utilizadas para obtener información del funcionamiento cerebral, estas estrategias hasta ahora han tenido un éxito limitado.
Modelaje computacional y perturbaciones inducidas sobre el modelo
Los autores del trabajo publicado en Nature Review Neuroscience defienden que, el modelado computacional de todo el cerebro, elaborado a través de los datos obtenidos por neuroimagen, aporta un conocimiento totalmente nuevo sobre la segregación y la integración de los estímulos, y en su trabajo hacen una descripción de los avances conseguidos aplicando en su modelo la teoría matemática de grafos.
Deco et al., ponen de manifiesto que, lo que ha hecho avanzar más en el conocimiento, la arquitectura y la funcionalidad cerebral en los últimos años han sido los métodos de modelado computacional. Una estrategia a través de la cual se ha podido evaluar cómo afectan las perturbaciones de las señales de entrada a la dinámica del cerebro.
Una vez elaborado el modelo computacional, los neurocientíficos han introducido perturbaciones, con lo cual, "hemos sido capaces de hacer el seguimiento de la dinámica cerebral y entender mejor los procesos de segregación e integración de la información a través del tiempo ", ha manifestado Deco. Y ha añadido, "Y lo más importante es que este método, que nos permite medir la segregación y la integración de la información, nos permite distinguir entre diferentes estados de conciencia, de salud cerebral, de trastornos y enfermedades neuropsiquiátricas".
Gustavo Deco, además de haber sido reconocido por el Comité de Investigación Europeo con una ayuda Advanced, es uno de los investigadores principales del proyecto europeo FET Flagship Human Brain Project (HBP) que tiene como misión principal construir una infraestructura TIC innovadora y de futuro que incorpore la neurociencia, la medicina y la computación para entender el funcionamiento del cerebro humano y sus enfermedades, así como también ser capaces de emular a nivel computacional sus funciones.
Trabajo de referencia:
Gustavo Deco, Giulio Tononi, Melanie Boly and Morten L. Kringelbach (2015), " Rethinking Segregation and integration: contributions of whole-brain modelling", Nature Review Neuroscience, 16, 430-439, doi:10.1038/nrn3963, 17 de junio.
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