El cerebro está organizado en un conjunto de redes especializadas de células nerviosas. Para que una arquitectura cerebral de este tipo funcione, estas redes especializadas, cada una ubicada en un área cerebral diferente, necesitan poder comunicarse entre sí. Pero, ¿qué condiciones se requieren para que la comunicación tenga lugar y qué mecanismos de control funcionan?

Gustavo Deco, profesor de investigación ICREA y director del Centro de Cognición y Cerebro (CBC) del Departamento de Tecnologías de la Información y las Comunicaciones (DTIC), junto a los miembros de su equipo Gerald Hahn y Adrian Ponce, y con la colaboración de Arvind Kumar y Ad Aertsen investigadores del Centro Bernstein de Friburgo (Alemania), están proponiendo un nuevo modelo que combina tres modelos explicativos aparentemente diferentes. Sus conclusiones ahora han sido publicadas en Nature Reviews Neuroscience.

Gerald Hahn, primer autor del artículo indica que este trabajo se basa en la teoría de los sistemas dinámicos y tiene en cuenta particularmente cómo el nivel de actividad de las respectivas redes neuronales influye en el intercambio de información. El estudio combina tres modelos explicativos prominentes que se han propuesto en los últimos años: comunicación via sincronización de conjuntos de neuronas, comunicación a través de la coherencia y comunicación a través de la resonancia.

"Creemos que nuestro trabajo ayuda a proporcionar una mejor comprensión de cómo interactúan las poblaciones de neuronas, dependiendo del estado de su actividad de red, y si los mensajes de un grupo de neuronas en el área A del cerebro pueden llegar a un grupo de neuronas en el área B del cerebro", han afirmado los autores del trabajo. "Esta información es un requisito previo esencial para comprender no solo cómo funciona un cerebro a nivel local, dentro de un área limitada del cerebro, sino también de manera más global, en todas las áreas del cerebro", añaden.

El papel de las oscilaciones en la comunicación cerebral

Los científicos estaban particularmente interesados ​​en qué papel desempeñan en la comunicación los ritmos de actividad en el cerebro, conocidos como oscilaciones. Por lo general, estas oscilaciones pueden afectar cualquier cosa, desde un gran grupo de neuronas hasta áreas cerebrales completas y pueden ser lentas, como los ritmos alfa o theta, o rápidas, como el ritmo gamma. En su modelo teórico, los investigadores pudieron demostrar que la interacción de estos ritmos entre sí juega un papel importante en determinar si la comunicación entre redes puede tener lugar o no. Ciertos tipos de entrelazado de estos ritmos podrían actuar como importantes mecanismos de control.

La interacción de los ritmos de actividad del cerebro o oscilaciones entre sí, juega un papel importante en determinar si la comunicación entre redes puede tener lugar o no

"La posibilidad de intercambiar información depende de muchos factores, por ejemplo, si las oscilaciones son rápidas o lentas, las frecuencias son similares o diferentes, la relación entre las fases, etc. Con nuestro modelo, ahora podemos hacer predicciones específicas para cada uno de estos casos. El siguiente paso será probar estas predicciones en experimentos", concluye el estudio.

Artículo de referencia:

Hahn, G.; Ponce-Alvarez, A; Deco, G.; Aertsen, A; Kumar, A. (2018) “Portraits of communication in neuronal networks” Nature Reviews Neuroscience, https://www.nature.com/articles/s41583-018-0094-0