La plataforma Virtual Brain simula el encéfalo para revelar los orígenes de las enfermedades
Una ironía cognitiva es que la propia complejidad del encéfalo humano dificulta teorizar sobre su funcionamiento mediante el uso exclusivo del pensamiento. No obstante, los modelos informáticos pueden simular las implicaciones de las teorías, identificar problemas y formular nuevas teorías para los experimentos neurocientíficos. En el marco del HBP (Human Brain Project), la simulación encefálica a gran escala, y concretamente Virtual Brain, ofrece una mejor comprensión de la aparición de las denominadas redes en estado de reposo. La electroencefalografía (EEG) y la imagen por resonancia magnética (IRM) revelan que el encéfalo está activo incluso cuando no participa en actividades específicas. Las simulaciones encefálicas explican que estas redes rítmicas surgen espontáneamente como resultado de la interacción de grandes grupos de neuronas a través de la materia blanca del encéfalo. Búsqueda de patrones emergentes El encéfalo se compone en promedio de aproximadamente ochenta y seis mil millones neuronas y de mil billones de conexiones entre ellas. A su vez, las neuronas y las conexiones están formadas por elementos aún más pequeños, como los canales iónicos y las espinas dendríticas, que poseen toda una serie de propiedades funcionales. La simulación del encéfalo hasta este nivel requeriría la medición de todas las propiedades sutiles de estos componentes. Sin embargo, la potencia de procesamiento informático sigue siendo demasiado limitada para realizar estos cálculos en un tiempo práctico. En la Brain Simulation Platform (BSP) del HBP, los equipos trabajan con motores de simulación en diferentes niveles de abstracción, desde la modelización de volúmenes más pequeños con un alto grado de detalle hasta simulaciones de la dinámica encefálica más generales pero a nivel de todo el encéfalo. Una de estas simulaciones es The Virtual Brain, «Así que no estamos tratando de simular con precisión el encéfalo, sino más bien de desvelar los patrones a gran escala que surgen de la interacción de estos elementos, como aquellos que aparecen en una bandada de aves», dice la profesora Petra Ritter, que dirige el trabajo del Virtual Brain Project y lo relaciona con simuladores más detallados en la BSP. Mediante la división de todo el encéfalo en regiones, los investigadores formulan teorías que pueden corroborarse con la modelización informática. Dado que muchos detalles son poco conocidos o están vagamente especificados, usan imágenes intracraneales de EEG e IRMf para restringir los modelos. Estas simulaciones permiten al equipo estimar la conectividad entre las regiones del encéfaloencéfalo que producen los llamados conectomas (fuerzas de las interacciones entre las diferentes regiones del encéfalo) y así predecir con precisión la actividad encefálica. «Nos interesan las funciones cognitivas superiores como la inteligencia, la toma de decisiones, la memoria y el aprendizaje en aras de determinar la causa de las discapacidades y trazar estrategias de mejora», dice la profesora Ritter. Hasta el momento, entre otros hallazgos, el proyecto ha mejorado la comprensión sobre la recuperación tras un accidente cerebrovascular, la predicción y la caracterización de las crisis epilépticas, la evolución de la enfermedad de Alzheimer y las repercusiones funcionales de los tumores encefálicos. La plataforma Virtual Brain de código libre está disponible gratuitamente para su descarga e incluso su modificación. La esperanza del «humano virtual» Los trastornos neurodegenerativos son uno de los problemas más acuciantes a los que se enfrentan las sociedades modernas. Además de su carga individual, con 14 millones de personas en toda Europa que se prevé que padecerán demencia solo en 2030, se estima que el coste superará los 250 000 millones de euros para ese año. Asimismo, las enfermedades mentales como el trastorno bipolar, la esquizofrenia, la depresión, la ansiedad, el trastorno por estrés postraumático (TEPT), el trastorno por déficit de atención con hiperactividad (TDAH) y los trastornos por consumo de alcohol y drogas afectan actualmente a una de cada seis personas en toda la Unión Europea, y este porcentaje está aumentando. El coste de la asistencia sanitaria, la seguridad social y la disminución del empleo y la productividad es de 620 000 millones de euros al año. Los tratamientos existentes para estas afecciones dependen, por lo general, de medicamentos, que suprimen los síntomas en lugar de curar la enfermedad. Aunque los mecanismos que subyacen a estos trastornos siguen sin estar claros, las pruebas apuntan cada vez más a conexiones fisiológicas sistemáticas complejas, que son difíciles de estudiar solo con métodos experimentales. «A través de la simulación de todo el encéfalo y, en el futuro, la simulación de todo el cuerpo, comprenderemos mejor el sistema humano en su conjunto. Los “humanos virtuales“ nos permitirían desarrollar intervenciones personalizadas dirigidas a la combinación de factores genéticos, metabólicos y neuronales responsables de los trastornos encefálicos», concluye la profesora Ritter.
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Suiza