Un modelo informático que descifra la diversidad del encéfalo
Un modelo informático desarrollado con el apoyo de los proyectos NEMESIS, EBRAINS 2.0(se abrirá en una nueva ventana), VIRTUAL BRAIN TWIN(se abrirá en una nueva ventana) y HBP SGA3(se abrirá en una nueva ventana), financiados con fondos europeos, está aportando información valiosa sobre el funcionamiento del encéfalo humano. Tal y como se describe en el estudio(se abrirá en una nueva ventana), publicado en la revista «Proceedings of the National Academy of Sciences», el modelo muestra que las diferencias regionales en los receptores del encéfalo contribuyen a configurar la actividad neuronal en todo el encéfalo.
Tender un puente entre los detalles moleculares y los estados encefálicos globales
El encéfalo es intrínsecamente diverso, con diferencias en su química y estructura que van desde las moléculas más pequeñas hasta grandes regiones anatómicas. Sin embargo, los científicos aún no han comprendido del todo cómo esta diversidad afecta a la actividad eléctrica global del encéfalo, y la mayoría de los modelos encefálicos a gran escala simplifican las cosas al tratar cada región cortical como si funcionara de la misma manera. «Uno de los retos principales de la neurociencia es comprender cómo los procesos que tienen lugar a nivel molecular influyen en el comportamiento del encéfalo en su conjunto», comenta el primer autor del estudio, Leonardo Dalla Porta, de NEMESIS y del Instituto de Investigación Biomédica August Pi i Sunyer (IDIBAPS), entidad socia del proyecto HBP SGA3, en una nota de prensa de «EurekAlert!»(se abrirá en una nueva ventana). «Nuestro estudio ofrece un ejemplo concreto de cómo podemos empezar a conectar estas escalas tan diferentes dentro de un mismo marco computacional». En este estudio, los investigadores desarrollaron un modelo informático detallado de la corteza encefálica capaz de simular diferentes estados encefálicos, desde la vigilia hasta el sueño. Su modelo utilizó datos humanos reales sobre cómo están conectadas físicamente las regiones encefálicas y dónde se localizan receptores específicos —los receptores muscarínicos de acetilcolina—, basándose tanto en datos genéticos como en imágenes encefálicas. Los mapas de receptores se utilizaron para ajustar la facilidad con la que se activan las diferentes regiones encefálicas. El equipo descubrió que ajustar los niveles de actividad en función de la disposición natural de estos receptores modificaba considerablemente el comportamiento de toda la red encefálica. Mejoró la sincronización entre regiones e hizo que la información fluyera de forma más eficiente. Esto sugiere que la diversidad natural del encéfalo ayuda a las diferentes regiones encefálicas a sincronizarse y compartir información de forma más eficaz, lo que permite al encéfalo alternar con flexibilidad entre diferentes estados.
Desentrañando los secretos de los estados encefálicos mixtos
Curiosamente, la diversidad natural del encéfalo también explica la coexistencia de una actividad localizada similar al sueño dentro de estados que, por lo demás, se asemejan a la vigilia. El equipo exploró una situación compleja en la que pequeñas áreas encefálicas mostraban ondas lentas similares a las del sueño, mientras que el resto del encéfalo actuaba como si estuviera despierto. Demostraron que esta mezcla de estados surge de forma natural de la combinación entre el grado de adaptación de cada región a la actividad y su conexión física. En general, en el estudio, financiado por NEMESIS (NEurological MEchanismS of Injury, and Sleep-like cellular dynamics), EBRAINS 2.0 (EBRAINS 2.0: A Research Infrastructure to Advance Neuroscience and Brain Health), VIRTUAL BRAIN TWIN (Virtual Brain Twin for personalised treatment of Psychiatric Disorders) y HBP SGA3 (Human Brain Project Specific Grant Agreement 3), se pone de relieve que la diversidad molecular y estructural del encéfalo es esencial para configurar su actividad a gran escala. Este hallazgo ofrece nuevas formas de relacionar los detalles biológicos a pequeña escala con el funcionamiento general del encéfalo, lo que allana el camino para simulaciones más precisas de los trastornos neurológicos y tratamientos personalizados. Para más información, consulte: Proyecto NEMESIS Página web del proyecto EBRAINS 2.0(se abrirá en una nueva ventana) Sitio web del proyecto VIRTUAL BRAIN TWIN(se abrirá en una nueva ventana) Sitio web del proyecto HBP SGA3(se abrirá en una nueva ventana)
