Durante más de 100 años, los científicos han coincidido en que grupos discretos de células cerebrales envían señales a otras áreas del cerebro a través de una serie de fibras interconectadas. En un nuevo estudio, los investigadores aplicaron un modelo matemático a la actividad cerebral y descubrieron que la función cerebral puede tener más que ver con la forma que con la conectividad.

La teoría del campo neuronal (NFT), que apareció por primera vez a principios de la década de 1970, combina la comprensión de la anatomía y fisiología del cerebro con las matemáticas para modelar la actividad cerebral a gran escala. Predicciones previas utilizando NFT han sugerido que la forma del cerebro puede ser más fundamental para su funcionamiento que las conexiones neuronales entre regiones. Ahora, investigadores de la Universidad de Monash en Melbourne, Australia, han probado esas predicciones para ver si son ciertas.

“Estamos tratando de cambiar la forma en que vemos el cerebro”, dijo James Pang, autor principal del estudio. “El enfoque tradicional en neurociencia es que cada proceso cerebral se atribuye a una sola región en particular, en una parte muy local de su cerebro, pero solo recientemente ha sido posible estudiar todo el cerebro a la vez en humanos vivos, con avances en tecnologías como la resonancia magnética”.

Los investigadores examinaron más de 10.000 imágenes de resonancia magnética funcional (IRMf) de personas en reposo y mientras realizaban tareas. Después de reconstruir los escaneos para crear un “mapa cerebral” para cada individuo, los investigadores descubrieron un vínculo entre la función del cerebro y su forma o geometría.

“El estrecho vínculo entre geometría y función está impulsado por una actividad ondulatoria que se propaga por todo el cerebro, del mismo modo que la forma de un estanque influye en los patrones de ondas que se forman cuando cae una piedra”, explicó Alex Fornito, uno de los coautores del estudio.

Estas ondas se denominan “modos propios“, un término físico que denota la vibración natural o preferida de un sistema, de modo que varias partes se mueven juntas a la misma frecuencia. Los investigadores lo comparan con pulsar una cuerda de violín.

“La mejor manera de entender qué son los modos propios es pensar en un violín”, dijo Pang. “Cada vez que tocas su cuerda, vibra con el mismo patrón, y este patrón corresponde a las notas que escuchas. Los patrones preferidos de vibración son los modos propios de la cuerda”.

Los patrones de vibración que observaron los científicos estaban localizados o cubrían todo el cerebro y estaban relacionados con la actividad cerebral.

“Hay muchos modos propios, y cada uno codifica una frecuencia diferente”, explicó Pang. “Todos ellos pueden combinarse de diversas maneras para respaldar cualquier proceso cerebral que se pueda imaginar. Esto significa que la idea de que solo ciertas neuronas en una determinada parte del cerebro funcionan cuando haces algo probablemente sea inexacta, porque otras partes del cerebro también contribuyen”.

Al comparar los modos propios relacionados con la forma del cerebro, es decir, su tamaño, forma y contornos, con los obtenidos de las conexiones entre las neuronas, los investigadores descubrieron que los modos propios de la forma del cerebro podrían tener una influencia más fuerte en la actividad cerebral. Sus hallazgos anulan más de 100 años de ciencia aceptada sobre el funcionamiento del cerebro.

“Así como las frecuencias resonantes de una cuerda de violín están determinadas por su longitud, densidad y tensión, los modos propios del cerebro están determinados por sus propiedades estructurales, físicas, geométricas y anatómicas”, afirmó Pang.

Los investigadores creen que sus hallazgos podrían usarse para predecir más fácilmente patrones de actividad cerebral en estados patológicos, simplemente observando la forma.

“El trabajo abre oportunidades para comprender los efectos de enfermedades como la demencia y el accidente cerebrovascular al considerar modelos de la forma del cerebro, que son mucho más fáciles de manejar que los modelos de la gama completa de conexiones del cerebro”, señaló Pang. “Las personas con demencia, por ejemplo, tienen atrofia [encogimiento] en ciertas partes del cerebro, lo que puede cambiar la actividad que pueden soportar”.

Los investigadores reconocen que su estudio plantea dos cuestiones que requieren mayor consideración.

“En primer lugar, nos alejamos de la visión habitual de que es necesario mapear el complejo conjunto de células y sus conexiones en el cerebro para comprender cómo funciona”, dijo Pang. “En cambio, demostramos que la forma del cerebro en realidad puede ser más importante. Todavía estamos entendiendo qué significa eso para comprender aún mejor la función cerebral. El segundo problema se refiere a las aplicaciones. El enfoque crea nuevas oportunidades para el mapeo cerebral en diferentes especies, a través del desarrollo y el envejecimiento, y en diferentes trastornos cerebrales, lo que lleva a nuevas direcciones de investigación no solo para nosotros en Monash, sino para la gente de todo el mundo”.

El estudio fue publicado en la revista Nature.

Fuente: un artículo de Pablo McClure publicado en el portal newatlas.com

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