Una qüestió fonamental en la neurociència de sistemes, la branca de la neurociència que estudia com es comporten les cèl·lules nervioses, o conjunts de cèl·lules, quan es connecten per formar xarxes que realitzen una funció en comú, com ara la visió d'una pel·lícula, és saber com s'autoorganitza l'activitat cerebral en estats cerebrals particulars.

Un treball publicat a l’edició avançada en línia de la revista NeuroImage, dirigit per Gustavo Deco, investigador ICREA del Departament de Tecnologies de la Informació i les Comunicacions (DTIC) i director del Centre de Cognició i Cervell, mostra que un patró de regions corticals en particular, o component, canvia el seu acoblament durant el visionat de pel·lícules, en relació a l’estat de repòs.

En aquesta recerca han participat membres del seu equip: Murat Demirtas, primer autor del treball, Adrián Ponce Álvarez i Matthieu Gilson, conjuntament amb investigadors internacionals provinents de centres d’Alemanya, Austràlia, Bèlgica, EUA, Itàlia, Regne Unit i Suïssa.

L’estudi significa un avenç en la comprensió de les transicions que porten al cervell d'un estat a un altre estat i la relació entre canvis locals i efectes globals a la xarxa cerebral

Estudis recents amb tècniques de neuroimatge han demostrat la similitud entre l'activitat del cervell en repòs (és a dir, en absència d'estímuls sensorials i producció de moviments) i l'activitat del cervell durant tasques cognitives. "En altres paraules, semblaria que l'activitat de repòs conté l'activitat de totes les tasques. Una evidència d'això és la relativa invariància de la matriu de correlacions entre regions corticals, anomenada connectivitat funcional (FC), durant el repòs i les tasques", explica Adrian Ponce, coautor de l'estudi.

Malgrat aquesta evidència, "això no és del tot exacte ja que, per exemple, en estudiar tasques contínues, com el visionat de pel·lícules, s'han vist alteracions en l'acoblament entre regions corticals en comparació amb l'estat de repòs", afegeix Ponce. Això suggereix que la connectivitat funcional induïda per tasques, com és ara la tasca de veure una pel·lícula, pot estar reflectint la reorganització sistemàtica, i a gran escala, de conjunts de neurones que s'integren funcionalment.

Així doncs, l'estudi publicat en NeuroImage identifica un patró de regions corticals en particular, o component, que canvia el seu acoblament durant el visionat de pel·lícules, pel que fa al repòs. Aquest patró indica canvis en àrees sensorials, visuals i auditives del cervell (occipitals i temporals) però també en àrees associatives (frontals i fronto-parietals). Aquestes últimes són regions que integren estímuls sensorials externs amb processos cerebrals interns.

Com a conclusió: "El patró de regions corticals que canvia durant el visionat de la pel·lícula no només correspon a regions directament afectades pels estímuls audiovisuals, sinó també a regions implicades en processos d'associació i interpretació"

Un model computacional a gran escala explica la reorganització de la connectivitat funcional

Per entendre l'origen d'aquestes observacions experimentals, els autors van utilitzar un model computacional de tot el cervell. Aquests models a gran escala han estat desenvolupats i perfeccionats per l'equip d'investigació de Gustavo Deco durant els últims anys. El model mostra que els canvis locals en les propietats dinàmiques locals en regions de tipus associatiu poden explicar els canvis específics de la condició de connectivitat funcional a nivell global.

Aquests models a gran escala han estat desenvolupats i perfeccionats per l'equip d'investigadors de Gustavo Deco en aquests últims anys

"Per explicar la reorganització de la connectivitat funcional global a través de les alteracions en la dinàmica local, hem utilitzat un model computacional a gran escala. Constatem que la reorganització específica de la connectivitat funcional podria explicar-se pels canvis de les dinàmiques locals en regions de tipus associatiu d'ordre superior, principalment situades a l'escorça cerebral frontal i parietal cerebral", afirmen els investigadors.

Aquest estudi representa un avenç en la comprensió de les transicions que porten al cervell d'un estat a un altre estat y en la relació existent entre canvis locals i efectes globals,  a la xarxa cerebral.

Article de referència:

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.