Les regions del cervell varien en la seva composició molecular i cel·lular, però no està clar com aquesta heterogeneïtat dóna forma a la dinàmica neuronal. Idealment, es podria modelar l'heterogeneïtat regional utilitzant estimacions observades empíricament de les variacions d'àrea en els recomptes de cèl·lules excitadores i inhibidores o una mesura relacionada de l'activitat específica del tipus de cèl·lula. Un grup d'investigadors ha estudiat les conseqüències dinàmiques de l'heterogeneïtat regional utilitzant un model biofísic de dinàmica funcional a través d'imatges de ressonància magnètica funcional (MRI) de tot el cervell en humans.

Gustavo Deco, professor d'investigació ICREA del Departament de Tecnologies de la Informació i les Comunicacions (DTIC) de la UPF i director del Centre Cervell i Cognició (CBC), és el primer autor d'un article publicat a la revista Science Advances el 14 de juliol que explica aquesta recerca. Un treball dut a terme juntament amb Morten L. Kringelbach, investigador de les universitats d'Oxford (Regne Unit) i Aarhus (Dinamarca), investigadors de l'Institut Max Planck (Alemanya) i amb la participació de diversos centres australians.

L'estudi identifica el paper clau de les variacions transcripcionals de l'expressió gènica de receptors excitatoris i inhibitoris en la generació de dinàmiques neuronals complexes

En un primer moment, els models biofísics d'activitat cerebral a gran escala van tractar totes les dinàmiques cerebrals com homogènies, impulsades per subpoblacions de neurones inhibidores i excitadores amb propietats uniformes en totes les regions del cervell. No obstant això, des de fa més d'un segle, s'ha observat l'heterogeneïtat en la citoarquitectura regional i treballs posteriors han proporcionat una creixent evidència de gradients corticals a gran escala en l'expressió gènica, la composició cel·lular, la connectivitat i la funció. Per tant, les variacions quantitatives de les propietats del circuit local a través de l'escorça també juguen un paper important en la configuració de la dinàmica neuronal complexa, probablement a través de la seva influència en la proporció local, o equilibri, de l'activitat cel·lular excitadora i inhibidora.

Els autors d'aquest treball presenten un model que aprofita les dades transcripcionals de tot el cervell per a restringir l'heterogeneïtat regional i ajustar la dinàmica de cada regió d'acord amb mesures regionals específiques d'expressió gènica dels receptors inhibidor i excitador.

"Mostrem que els models de variacions transcripcionals de l'expressió gènica de receptors excitatoris i inhibitoris que conformen l'heterogeneïtat regional cerebral reprodueixen amb més precisió l'estructura espai-temporal de les estimacions de connectivitat funcional neuronal empírica, millor que els models d'expressió gènica global o estimacions de mieloarquitectura neuronal obtingudes per tècniques de ressonància", indica Deco en el seu treball.

I afegeix: "A més, mostrem que l'heterogeneïtat transcripcional regional és essencial per produir dinàmiques similars a la ignició que segons sembla dóna suport al processament conscient i a una àmplia variació d'escales de temps d'activitat regional, la qual cosa dóna suport a una àmplia gamma dinàmica". Per tant, en aquest article els autors identifiquen un paper clau de l'heterogeneïtat excitatoria i inhibitòria en la generació de dinàmiques neuronals complexes i demostren la viabilitat d'usar dades transcriptòmiques per descriure models de funció cerebral a gran escala.

Treball de referència:

Gustavo Deco, Morten L. Kringelbach, Aurina Arnatkevičiūtė, Stuart Oldham , Kristina Sabaroedin, Nigel C. Rogasch, Kevin M. Aquino, Alex Fornito (2021), "Dynamical consequences of regional heterogeneity in the brain’s transcriptional landscape", Science Advances, 14 de juliol. DOI: 10.1126/sciadv.abf4752