Una cuestión fundamental en la neurociencia de sistemas, la rama de la neurociencia que estudia cómo se comportan las células nerviosas, o conjuntos de células, cuando se conectan para formar redes que realizan una función en común, como por ejemplo en la tarea de ver una película, es saber cómo se autoorganiza la actividad cerebral en estados cerebrales particulares.

Un trabajo publicado en la edición avanzada en línea de la revista NeuroImage, dirigido por Gustavo Deco, investigador ICREA del Departamento de Tecnologías de la Información y las Comunicaciones (DTIC) y director del Centro de Cognición y Cerebro muestra que,  un patrón de regiones corticales en particular, o componente, cambia su acoplamiento durante el visionado de películas, con respecto al reposo.

En la investigación han participado miembros de su equipo: Murat Demirtas, primer autor del trabajo, Adrián Ponce Álvarez y Matthieu Gilson, junto a investigadores internacionales de centros en Alemania, Australia, Bélgica, EE.UU., Italia, Reino Unido y Suiza.

El estudio significa un avance en la comprensión de las transiciones que llevan al cerebro de un estado a otro estado y la relación entre cambios locales y efectos globales en la red cerebral

Estudios recientes con técnicas de neuroimagen han demostrado la similitud entre la actividad del cerebro en reposo (es decir, en ausencia de estímulos sensoriales y producción de movimientos) y la actividad del cerebro durante tareas cognitivas. “En otras palabras, parecería que la actividad de reposo contiene la actividad de todas las tareas. Una evidencia de ello es la relativa invarianza de la matriz de correlaciones entre regiones corticales, llamada conectividad funcional,  durante el reposo y las tareas”, explica Adrian Ponce, coautor del estudio.

Sin embargo, “esto no es del todo exacto puesto que, por ejemplo, al estudiar tareas continuas, como el visionado de películas, se han visto alteraciones en el acoplamiento entre regiones corticales en comparación con el estado de reposo”, añade Ponce. Esto sugiere que la conectividad funcional inducida por tareas, como es por ejemplo la tarea de ver una película, puede estar reflejando la reorganización sistemática y a gran escala de conjuntos de neuronas que se integran funcionalmente.

Así pues,  el estudio publicado en NeuroImage identifica un patrón de regiones corticales en particular, o componente, que cambia su acoplamiento durante el visionado de películas, con respecto al reposo. Este patrón indica cambios en áreas sensoriales, visuales y auditivas del cerebro (occipitales y temporales) pero también en áreas asociativas (frontales y fronto-parietales). Estas últimas son regiones que integran estímulos sensoriales externos con procesos cerebrales internos.

En conclusión: “El patrón de regiones corticales que cambia durante el visionado de la película no solo corresponde a regiones directamente afectadas por los estímulos audiovisuales, sino también a regiones implicadas en procesos de asociación e interpretación”

Un modelo computacional a gran escala explica la reorganización de la conectividad funcional

Para entender el origen de estas observaciones experimentales, los autores utilizaron un modelo computacional de todo el cerebro. Estos modelos a gran escala han sido desarrollados y perfeccionados por el equipo de investigación de Gustavo Deco durante los últimos años. El modelo muestra que los cambios locales en las propiedades dinámicas locales en regiones de tipo asociativo pueden explicar los cambios específicos de la condición de conectividad funcional a nivel global.

Estos modelos a gran escala han sido desarrollados y perfeccionados por el equipo de investigadores de Gustavo Deco durante los últimos años

“Para explicar la reorganización de la conectividad funcional global a través de las alteraciones en la dinámica local, hemos utilizado un modelo computacional a gran escala. Constatamos que la reorganización específica de la conectividad funcional podría explicarse por los cambios de las dinámicas locales en regiones de tipo asociativo de orden superior, principalmente situados en la corteza cerebral frontal y parietal cerebral”, afirman los investigadores.

Este estudio representa un avance en la comprensión de las transiciones que llevan al cerebro de un estado a otro estado y en la relación entre cambios locales y efectos globales en la red cerebral.

Artículo de referencia:

Demirtaş M,  Ponce-Alvarez A,  Gilson M,  Hagmann P,  Mantini D,  Betti V,  Romani GL,  Friston K,  Corbetta M,  Deco G (2019),  "Distinct modes of functional connectivity induced by movie-watching", NeuroImage 184, 335-348, doi: 10.1016/j.neuroimage.2018.09.042.