L'activitat espontània del cervell presenta diferents característiques a diferents escales  Els estudis en neuroimatge  mostren correlacions entre neurones de llarg abast altament estructurades en patrons espaitemporals, coneguts com xarxes en estat de repòs o resting states. D'altra banda, dades neurofisiològiques indiquen que,  malgrat l'ingent nombre de connexions presinàptiques compartides,  les correlacions entre neurones de curt abast o veïnes són baixes.

Els científics han estudiat l'efecte de la regulació local en l'activitat dinàmica global del cervell. Entre les explicacions possibles, han partit d'un mecanisme d'inhibició controlat per feedback (feedback inhibition control o FIC). Els investigadors han emprat simulacions i mètodes analítics i han posat de manifest que l'excès de connectivitat d'excitació d'ampli abast pot ser compensat a través de mecanismes d'inhibició per feedback a nivell local. 

Gustavo Deco, investigador ICREA del DTIC conjuntament amb Adrián Ponce Álvarez, ambdós membres del Centre de Cognició i Cervell, conjuntament amb investigadors europeus i nord-americans, han publicat els resultats d'aquesta recerca a primers de juny, a la revista The Journal of Neuroscience.

Segons comenta Gustavo Deco, primer signant de l'estudi: "hem investigat l'efecte de regulació de la dinàmica global del cervell humà per feedback a nivell local,  en un model del cervell a gran escala extret dels estudis en neuroimatge que mostren les connexions de llarg abast".

Aquesta troballa indica, en primer lloc que, els models empírics de connectivitat funcional humans milloren significativament la capacitat de fer prediccions del comportament neuronal del cervell.

En segon lloc es mostra que, els efectes de la inhibició controlada per feedback (FIC) han resultat ser rellevants tant en l'activitat espontània com en l'activitat evocada del cervell per a models de llarg abast.

I,  finalment, s'ha vist que el mecanisme d'inhibició proposat incrementa tant l'entropia, o capacitat d'informació d'un sistema, com la informació de Fischer o sensibilitat del sistema de la xarxa de respostes evocades, amb la qual cosa s'incrementa el repertori dinàmic de la xarxa neuronal.

Per tant, aquest equilibri entre excitació global i inhibició local millora la capacitat d'informació i l'exactitud discriminatòria de la xarxa global i, es conclou que, la relació excitació-inhibició local té efectes en l'estructura de l'activitat espontània i la transmissió de la informació a nivell cerebral a gran escala.

Treball de referència:

Gustavo Deco, Adrian Ponce-Alvarez, Patric Hagmann, Gian Luca Romani, Dante Mantini, maurizio Corbetta (2014), " How Local Excitation-Inhibition Ratio Impacts the Whole Brian Dynamics", The Journal of Neuroscience, 4 de juny, 34(23): 7886-7898.

Altres e-notícies de recerca relacionades:

El estudio de la funcionalidad cerebral propone la existencia de nodos altamente interconectados