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Los estímulos externos y su efecto en la actividad cerebral

Un equipo de neurocientíficos ha utilizado la técnica clásica de la electroencefalografía (EEG) para registrar la actividad eléctrica del cerebro, y la imagen por resonancia magnética funcional (IRMf) para examinar los puntos en los que se produce dicha actividad. Los investigadores introdujeron esta información en modelos informáticos para averiguar cuáles son las vías de comunicación entre regiones distantes del cerebro.
Los estímulos externos y su efecto en la actividad cerebral
El estudio de las redes de comunicación puede ayudar a desentrañar el funcionamiento del cerebro. Se sabe que determinadas regiones del cerebro están divididas en módulos, esto es, regiones de grupos densamente interconectados y que poseen menos conexiones con otras regiones de otros grupos. Esta compartimentación ayuda a diferenciar estas partes del cerebro que cumplen una función específica, pero no desvela cómo se combina e integra la información procedente de los distintos sentidos.

La existencia de regiones densamente conectadas, o nodos, podría ser la clave para descifrar este rompecabezas. Estos nodos están conectados a distintos módulos especializados, lo que les permite «escuchar» la información de distintas modalidades sensoriales y compartirla con el resto de nodos. Este extremo se investigó en el marco del proyecto financiado con fondos europeos INTERACTIONS (Investigation of the interaction between external stimulation and ongoing brain activity in cortical networks: analysis, modeling and empirical corroboration).

El consorcio estudió la conectividad estructural del cerebro en gatos, macacos y seres humanos a fin de desarrollar modelos dinámicos que simulasen la actividad cerebral. Posteriormente, comparó sus hallazgos con la información empírica obtenida mediante IRMf sobre las dinámicas del cerebro humano. El equipo descubrió que el tipo de estructura jerárquica al que pertenece el cerebro, que conjuga sistemas de organización modular y nodal, es el más adecuado para desarrollar procesos dinámicos complejos. De ello se desprende que un cerebro cuyas conexiones fuesen aleatorias no lograría categorizar los estímulos externos, mientras que si estuviese formado por módulos perfectamente definidos, no lograría interpretar dicha información.

Los socios de INTERACTIONS también se propusieron averiguar qué tipo de sistema dinámico emplea el cerebro. A tal fin, y haciendo uso de la IRMf, estudiaron a personas sanas en reposo para determinar si la actividad dinámica del cerebro pasaba aleatoriamente por la ingente cantidad de estados a los que tiene acceso o si, por el contrario, se limitaba a un conjunto finito de estados. Este segundo supuesto se da cuando el sistema regresa después de un tiempo a estados que ya ha visitado previamente.

El consorcio concluyó que la dinámica cerebral es en parte recurrente, y que prioriza un conjunto vasto pero limitado de estados, a pesar de que podría acceder a posibilidades prácticamente infinitas. Este comportamiento dinámico bien definido pero, al mismo tiempo, flexible descansa en una red física de conexiones organizadas jerárquicamente en módulos de regiones especializadas conectadas entre sí por regiones nodales.

El equipo de INTERACTIONS diseñó herramientas informáticas para analizar redes complejas. Los resultados de esta iniciativa aportan nuevas claves sobre la organización del cerebro, su comportamiento dinámico y la creación de modelos para reproducir su actividad.

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Palabras clave

Electroencefalografía, cerebro, imagen por resonancia magnética funcional, vías de comunicación, integración multisensorial, redes jerárquicas, nodos
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