La investigación sobre las conexiones del cerebro humano genera una enorme cantidad de datos. El Grupo de Investigación SPECS, (The Synthetic Perceptive, Emotive and Cognitive Systems) que dirige   Paul Verschure, investigador ICREA del Departamento de Tecnologías de la Información y las Comunicaciones (DTIC), ha desarrollado BrainX3, una plataforma para la visualización, simulación, análisis e interacción de grandes volúmenes de datos del sistema nervioso central.

En la representación y la interacción de grandes redes de interconexión, BrainX3 combina el poder de cálculo computacional con la intuición humana. Como suele ocurrir muchas veces cuando se está ante enormes cantidades de datos complejos, es difícil generar una hipótesis de partida, y BrainX3 ayuda a establecer patrones comprensibles y asociaciones entre grandes volúmenes de datos de forma que facilita la formulación y la definición de buenas hipótesis de trabajo. Dentro de la plataforma BrainX3, los investigadores son capaces de reconstruir simulaciones a gran escala en un entorno tridimensional virtual.

En un trabajo publicado recientemente en la revista Frontiers in Neuroinformatics,  investigadores de SPECS en colaboración con Gustavo Deco, director del Centro de Cognición y Cerebro e investigador ICREA del DTIC, han trabajado conjuntamente en la reconstrucción de la actividad neuronal del córtex cerebral humano durante el estado de reposo (resting state).

Inmersión en la realidad virtual interactiva

 

Mediante la plataforma BrainX3 se han realizado una serie de experimentos: se ha estudiado en usuarios el efecto local en tiempo real de pequeñas estimulaciones cerebrales; han simulado lesiones específicas en algunas regiones del cerebro para ver sus efectos; se han implementado funciones de análisis en red para compararlas con bibliotecas gráficas existentes con medidas teóricas de actividad cerebral.

 

Según han comentado Verschure y Deco,"mediante la inmersión en la realidad virtual interactiva BrainX3 los usuarios exploran y analizan patrones de actividad dinámicos de las redes neuronales cerebrales, tanto en estado de reposo como en actividad cerebral ". "La plataforma puede ayudar a descubrir vías de señalización asociadas a determinadas funciones cerebrales y también disfunciones que podrían ser de interés diagnóstico en neurocirugía", han añadido.

Actividad del cerebro después de estimulación magnética transcraneal

Además de estudiar las conexiones cerebrales en estado de reposo, mediante BrainX3, los investigadores han simulado la actividad neuronal a partir de cerebros lesionados mediante perturbaciones generadas con estimulación magnética transcraneal (TMS). Estas simulaciones han puesto de manifiesto la distribución espacial de la actividad cerebral de los atractores. Un atractor es el conjunto al que el sistema evoluciona después de un tiempo bastante largo.

La descripción de atractores de sistemas dinámicos caóticos ha sido uno de los grandes logros de la teoría del caos. Bajo este paradigma matemático, las simulaciones han permitido comprobar cómo el cerebro mantiene un nivel de resistencia a los daños, al ruido ya las perturbaciones fisiológicas. "El conocimiento de la actividad cerebral en todos estos posibles estados podría ser clínicamente relevante para la evaluación de los niveles de conciencia en pacientes con lesiones cerebrales de carácter grave", han afirmado los autores del estudio.

Trabajo de referencia:

Jerjes D. Arsiwalla, Riccardo Zucca, Alberto Betella, Enrique Martinez, David Dalmazzo, Pedro Omedas, Gustavo Deco and Paul FMJ 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.

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