La recerca sobre les connexions del cervell humà genera una enorme quantitat de dades.El Grup de Recerca SPECS, (The Synthetic Perceptive, Emotive and Cognitive Systems) que dirigeix Paul Verschure, investigador ICREA del Departament de Tecnologies de la Informació i les Comunicacions (DTIC), ha desenvolupat BrainX3,  una plataforma per a la visualització, simulació, anàlisi i interacció de grans volums de dades del sistema nerviós central.

En la representació i la interacció de grans xarxes d'interconnexió, Brain X3 combina el poder de càlcul computacional amb la intuïció humana. Com acostuma a  passar moltes vegades quan s'està davant d'enormes quantitats de dades complexes, es fa difícil generar una hipòtesi de partida,  i Brain X3 ajuda a establir patrons comprensibles i associacions entre grans volums de dades de manera que facilita la formulació i la definició de bones hipòtesis de treball. Dins la plataforma BrainX3, els investigadors són capaços de reconstruir simulacions a gran escala en un entorn tridimensional virtual.

En un treball publicat recentment a Frontiers in Neuroinformatics,  investigadors d'SPECS en col·laboració amb Gustavo Deco, director del Centre de Cognició i Cervell i investigador ICREA del DTIC, han treballat conjuntament en la reconstrucció de l'activitat neuronal del còrtex cerebral humà durant l'estat de repòs (resting state).

Immersió en la realitat virtual interactiva

Mitjançant la plataforma BrainX3 s'han realitzat un seguit d'experiments: s'ha estudiat en usuaris l'efecte local a temps real de petites estimulacions cerebrals; s'han simulat lesions específiques en algunes regions del cervell per tal de veure els seus efectes; s'han implementat funcions d'anàlisi en xarxa per tal de comparar-les amb biblioteques gràfiques existents amb mesures teòriques d'activitat cerebral.

Segons han comentat Verschure i Deco, "mitjançant la immersió en la realitat virtual interactiva BrainX3 els usuaris exploren i analitzen patrons d'activitat dinàmics de les xarxes neuronals cerebrals, tant en estat de repòs com en activitat cerebral". "La plataforma pot ajudar a descobrir vies de senyalització associades a determinades funcions cerebrals i també disfuncions que podrien ser d'interès diagnòstic en neurocirurgia", han afegit.

Activitat del cervell després d'estimulació magnètica transcranial

A més d'estudiar les connexions cerebrals en estat de repòs, mitjançant BrainX3, els investigadors han simulat l'activitat neuronal a partir de cervells lesionats mitjançant pertorbacions generades amb estimulació magnètica transcranial (TMS).

Aquestes simulacions han posat de manifest la distribució espaial de l'activitat cerebral dels atractors. Un atractor és el conjunt al qual el sistema evoluciona després d'un temps prou llarg. La descripció d'atractors de sistemes dinàmics caòtics ha estat un dels grans èxits de la teoria del caos. Sota aquest paradigme matemàtic, les simulacions han permès comprovar com el cervell manté un nivell de resistència als danys, al soroll i a les pertorbacions fisiològiques. "El coneixement de l'activitat cerebral en tots aquests possibles estats podria ser clínicament rellevant per a l'avaluació dels nivells de consciència en pacients amb lesions cerebrals de caràcter greu", han comentat els autors de l'estudi.

Treball de referència:

Xerxes D. Arsiwalla, Riccardo Zucca, Alberto Betella, Enrique Martinez, David Dalmazzo, Pedro Omedas, Gustavo Deco and Paul F.M.J. Verschure (2015), " Network Dynamics with BrainX3: A Large-Scale Simulation of the Human Brain Network with Real-Time Interaction",  Frontier in Neuroinformática doi: 10.3389 / fninf.2015.00002.

Altres e-notícies de recerca relacionades:

BrainX3, una simulació del cervell mitjançant la realitat virtual

La connectivitat funcional dinàmica, un nou biomarcador d'algunes malalties mentals