Contribució del modelatge computacional al coneixement de la dinàmica cerebral
Contribució del modelatge computacional al coneixement de la dinàmica cerebral
L'evolució ha conduit als éssers vius a desenvolupar un conjunt d'estratègies per tal de sobreviure. L'èxit evolutiu dels mamífers ha estat a expenses d'un desenvolupament cerebral que els permet combinar la informació rebuda a través dels estímuls externs amb la capacitat d'avançar-se al futur a través de la memòria acumulada per l'experiència, amb l'objectiu últim d'adaptar el seu comportament de la manera més favorable.
El modelatge computacional de tot el cervell permet estudiar l'efecte de pertorbacions en les senyals d'entrada, en la integració i segregació de la informació, arribant amb això a poder discernir entre diversos estats de consciència, així com també entre la salut i la malaltia cerebral.
Aquestes són les principals conclusions d'un treball que publica Nature Reviews Neuroscience el 17 de juny, que ha estat coordinat per Gustavo Deco, ICREA del Departament de Tecnologies de la Informació i les Comunicacions (DTIC) i director del Centre de Cognició i Cervell (CBC) de la Universitat Pompeu Fabra, en què han participat investigadors danesos i nord-americans. L'article revisa la manera com el cervell ha de regular el flux d'informació dels estímuls entrants per fer possible la cognició i l'adaptació del comportament.
Característiques topogràfiques del cervell i experiments controlats
Se sap que existeix un equilibri entre la segregació i la integració dels estímuls que arriben al cervell. Les característiques topològiques de les xarxes cerebrals observades, principalment comunitats de xarxes i nodes de connexió, donen suport a aquesta segregació i integració dels senyals, però no proporcionen informació sobre la dinàmica cerebral o la manera com es processen els impulsos externs en el temps.
Per exemple, formalment, per integració de la informació s'entén aquell fenomen pel qual el sistema adquireix més informació de la que té disponible a partir de la suma de les seves parts. Aquesta integració s'ha vinculat amb la consciència, tot i que es pot assolir aquest mateix estat de manera no conscient, i es desconeixen en canvi els principis subjacents d'aquest procés fonamental.
Fins ara, una de les estratègies emprades per obtenir informació del funcionament cerebral han estat els experiments basats en el control i seguiment de l'entrada selectiva d'estímuls al cervell, però aquests estudis han tingut un èxit limitat.
Modelatge computacional i les pertorbacions induïdes sobre el model
Els autors del treball publicat a Nature Review Neuroscience defensen que el modelatge computacional de tot el cervell, elaborat a través de les dades obtingudes per neuroimatge, aporta un coneixement totalment nou sobre la segregació i la integració dels estímuls, i en el seu treball fan una descripció dels avenços aconseguits aplicant en el seu model la teoria matemàtica dels grafs.
Deco et al., posen de manifest que allò que ha fet avançar més en el coneixement, l'arquitectura i la funcionalitat cerebral en els últims anys han estat els mètodes de modelització computacional. Una estratègia a través de la qual s'ha pogut avaluar com afecten les pertorbacions de les senyals d'entrada a la dinàmica del cervell.
Un cop elaborat el model computacional, els neurocientífics han introduït pertorbacions, amb la qual cosa, "hem estat capaços de fer el seguiment de la dinàmica cerebral i entendre millor els processos de segregació i integració de la informació a través del temps", ha manifestat Deco. I ha afegit, " I el més important és que aquest mètode, que ens permet mesurar la segregació i la integració de la informació, ens permet distingir entre diferents estats de consciència, de salut cerebral, de trastorns i malalties neuropsiquiàtriques".
Gustavo Deco, a més d'haver estat reconegut pel Comitè de Recerca Europeu amb un ajut Advanced , és un dels investigadors principals del projecte europeu FET Flagship Human Brain Project (HBP) que té com a missió principal construir una infraestructura TIC innovadora i de futur que incorpori la neurociència, la medicina i la computació per tal d'entendre el funcionament del cervell humà i les seves malalties, així com també ser capaços d'emular a nivell computacional les seves funcions.
Treball de referència:
Gustavo Deco, Giulio Tononi, Melanie Boly and Morten L. Kringelbach (2015), " Rethinking segregation and integration: contributions of whole-brain modelling", Nature Review Neuroscience, 16, 430-439, doi:10.1038/nrn3963, 17 de juny.
Altres e-notícies de recerca relacionades: