El cervell dels mamífers manté cert grau d'activitat organitzada en el temps i en l'espai,  fins i tot en absència d'estímuls o d'activitat concreta. És el que s'anomena activitat en estat de repòs, o " resting-state", un estat en què és possible detectar oscil·lacions molt lentes (<0.1 Hz) gràcies a les tècniques d'Imatge Funcional obtingudes per Resonància Magnètica (fMRI).

Aquestes tècniques proporcionen imatges funcionals del cervell i el senyal que se n'obté s'anomena Senyal Depenent del Nivell d'Oxigenació Sanguínia (BOLD) atès que els valors que indica corresponen al consum d'oxigen directament relacionat amb l'activitat neuronal. A més activitat, més despesa energètica i més consum d'oxigen. A través d'aquesta mesura es poden identificar quines xarxes neuronals romanen actives fins i tot en estat de repòs cerebral. 

Aquesta activitat de repòs es va trobar que correlacionava amb fluctuacions lentes de la potencia de les ones gamma, un tipus d'oscil·lacions cerebrals de freqüència entre 25 i 100 Hz que s'han relacionat amb la percepció conscient. Tanmateix, es desconeix el mecanisme que intervé entre les oscil·lacions tipus gamma i l'activitat estructurada espai-temporal detectada en els estats de repòs cerebral (les anomenades RSN o Resting State Networks).

L'equip que ha dirigit el professor Gustavo Deco, cap del Grup de Recerca en Neurociència Computacional (GRNC) i de la Unitat de Cognició i Cervell i investigador ICREA del DTIC de la UPF: Joana Cabral, primera signant del treball i doctorand del seu equip, Etienne Hugues, investigador del grup conjuntament amb Olaf Sporns, de la Universitat d'Indiana (EUA), acaben de publicar un treball en la darrera edició en línia de la revista especialitzada Neuroimage.

Els autors, mitjançant models computacionals, han partit de la hipòtesi que aquest mecanisme desconegut és degut a llargues connexions anatòmiques que estableixen entre sí grans xarxes cerebrals amb estructures neuronals dinàmiques de caire local.

El model teòric ha aportat dades rellevants

Per a l'elaboració d'un marc teòric de comparació amb les dades empíriques disponibles, els investigadors van seleccionar seixanta-sis àrees anatòmiques representatives de tot el còrtex del cervell humà. Igualment, van tenir en compte estudis previs realitzats sobre l'activitat cerebral en humans. Amb aquestes dades,  els investigadors van elaborar un model teòric assumint que cada regió anatòmica contemplada per a l'estudi presenta sostingudes oscil·lacions gamma i, per a fer el modelatge de l'acoblament dinàmic entre les regions, van calcular igualment la força d'acoblament i el temps de transmissió del senyal d'una regió a l'altra, paràmetres que depenen de la llargària de les fibres nervioses i de la velocitat de conducció de la senyal elèctrica a través d'aquestes.

Els resultats de l'estudi han conduït a identificar un rang de velocitats y de forces d'acoplament en què s'originen fluctuations molt lentes i en què les correlacions de la senyal entre diferents regions anatòmiques del cervell, o connectivitat funcional, fruit de la simulació coincideix amb la connectivitat funcional observada experimentalment en humans. A més, s'han constatat regions anatòmiques que presenten xarxes amb comportament oscil·latori sincronitzat les quals  podrien ser l'origen dels patrons fluctuants observats en els estats de repòs, és a dir podrien ser compatibles amb les xarxes detectades quan el cervell està en repòs.

Aquesta troballa suggereix futures línies de recerca adreçades a comprendre com s'organitzen i influencien les dinàmiques neuronals locals en relació a tot el cervell i quin paper tenen les connexions estructurals que s'estableixen en la generació de connexions a nivell funcional.

Article de referència:

Joana Cabral, Etienne Hugues, Olaf Sporns, Gustavo Deco (2011), " Role of local network oscillations in resting - state functional connectivity", Neuroimage, 57, pp. 130-139.

Altres e-notícies de recerca relacionades:

Gustavo Deco forma part d'un projecte finançat per la Fundació James S. McDonnell

Un treball estableix nexes d'unió entre la neurofisiologia i la psicologia del comportament