La funció cerebral es basa en la integració flexible d'un conjunt de mòduls corticals segregats que, juntament amb la connectivitat estructural del cervell, estableix una dinàmica que és indispensable per a la seva funcionalitat.  

Els estudis macroscòpics en cervells de mamífers mostren nodes connectats centralment, la qual cosa ha conduit a considerar una arquitectura de connexions cerebrals basada en l'existència d'un centre dens altament interconnectat anomenat " rich club" que permetria un ampli repertori de funcions i una major flexibilitat d'accés.

L'organització de les connexions neuronals del cervell en nodes densos d'interconnexió és un tipus d'arquitectura de xarxa que pot ser crucial per a la integració d'un nombre divers de funcions cerebrals segregades, segons revela un estudi recentment publicat en línia a la revista NeuroImage per investigadors holandesos amb la participació de Gustavo Deco, director del Centre de Cognició i Cervell i ICREA del Departament de Tecnologies de la Informació i les Comunicacions (DTIC) de la UPF.

Una organització cerebral amb nodes altament interconnectats

Els autors han simulat configuracions estables d'activitat cortical, capaces d'explicar el comportament de les xarxes neuronals, a partir dels models matemàtics dels cristalls d'espín (spin gass). Els cristalls d'espín són sistemes magnètics desordenats en què interaccions oposades es distribueixen aleatòriament amb una freqüència comparable.

Mitjançant la simulació computacional s'ha observat que aquests nuclis altament interconnectats fan que augmenti el conjunt d'atractors i per tant la diversitat del repertori funcional, la plasticitat i la flexibilitat funcional del cervell, més enllà dels efectes produïts.

Un atractor, en neurociència teòrica, significa una xarxa neuronal que tendeix a presentar algun tipus d'activitat. En xarxes neuronals, diferents tipus d'atractors s'han relacionat amb diferents funcions cognitives.

Els nodes rics en connectivitat actuen com a "columna vertebral"

Així doncs, dins del repertori funcional global de les xarxes neuronals, els nodes rics en connexions són importants per permetre un alt nivell d'integració dinàmica amb altres nodes de rang inferior per tal de conformar xarxes funcionals, suggerint que els nodes rics en connectivitat actuen com a "columna vertebral" per a nombrosos patrons de coactivació entre nodes perifèrics de la xarxa.

A més, l'aplicació del model de cristalls d'espín emprat a les simulacions computacionals s'ha pogut correlacionar amb dades empíriques anatòmiques obtingudes del funcionament del cervell, per la qual cosa els autors han arribat a la conclusió que l'organització de les connexions neuronals del cervell en nodes densos d'interconnexió és un tipus d'arquitectura de xarxa que pot ser crucial per a la integració d'un nombre divers de funcions segregades.

Article de referència:

Mario Senden, Gustavo Deco, Marcel A. de Reus, Rainer Goebel i Martijn van den Heuvel (2014), " Rich club organizations supports a diverse set of funcional network configurations", NeuroImage,  Volume 96,  1 d'agost 2014,  pàgs. 174-182.

Altres e-notícies de recerca relacionades:

L'estructura i la funció del cervell es modifiquen amb el temps