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El estudio de la funcionalidad cerebral propone la existencia de nodos altamente interconectados

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La organización de las conexiones neuronales del cerebro en nodos densos de interconexión es un tipo de arquitectura de red que puede ser crucial para la integración de un número diverso de funciones cerebrales segregadas. Ahora, un grupo internacional de investigadores ha simulado configuraciones estables de actividad cortical, capaces de explicar el comportamiento de las redes neuronales a partir de modelos matemáticos. 

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OCC-UPF | 21 mayo 2014 13:18

<p>En la imagen pueden verse los datos de la conectividad humana empírica. / UPF</p>

En la imagen pueden verse los datos de la conectividad humana empírica. / UPF

La función cerebral se basa en la integración flexible de un conjunto de módulos corticales segregados que, junto con la conectividad estructural del cerebro, establece una dinámica que es indispensable para su funcionalidad. 

Los estudios macroscópicos en cerebros de mamíferos muestran nodos conectados centralmente, lo que ha conducido a considerar una arquitectura de conexiones cerebrales basada en la existencia de un centro denso altamente interconectado llamado ‘richclub’ que permitiría un amplio repertorio de funciones y una mayor flexibilidad de acceso.

La organización de las conexiones neuronales del cerebro en nodos densos de interconexión es un tipo de arquitectura de red que puede ser crucial para la integración de un número diverso de funciones cerebrales segregadas, según revela un estudio recientemente publicado en línea en la revista NeuroImage por investigadores holandeses, con la participación de Gustavo Deco, director del Centro de Cognición y Cerebro e investigador del departamento de Tecnologías de la Información y las Comunicaciones (DTIC) de la Universidad Pompeu Fabra (UPF).

Estos núcleos altamente interconectados hacen que aumente el conjunto de atractores y por tanto la diversidad del repertorio funcional, la plasticidad y la flexibilidad funcional del cerebro

Los autores han simulado configuraciones estables de actividad cortical, capaces de explicar el comportamiento de las redes neuronales, a partir de los modelos matemáticos de los cristales de espín (spin gaseoso). Los cristales de espín son sistemas magnéticos desordenados en que interacciones opuestas se distribuyen aleatoriamente con una frecuencia comparable.

Mediante simulación computacional se ha observado que estos núcleos altamente interconectados hacen que aumente el conjunto de atractores y por tanto la diversidad del repertorio funcional, la plasticidad y la flexibilidad funcional del cerebro, más allá de los efectos producidos.

Un atractor, en neurociencia teórica, significa una red neuronal que tiende a presentar algún tipo de actividad. En redes neuronales, diferentes tipos de atractores han relacionado con diferentes funciones cognitivas.

Como ‘columna vertebral’

Así pues, dentro del repertorio funcional global de las redes neuronales, los nodos ricos en conexiones son importantes para permitir un alto nivel de integración dinámica con otros nodos de rango inferior para conformar redes funcionales,sugiriendo que los nodos ricos en conectividad actúan como ‘columna vertebral’ para numerosos patrones de coactivación entre nodos periféricos de la red.

Además, la aplicación del modelo de cristales de espín empleado en las simulaciones computacionales se ha podido correlacionar con datos empíricos anatómicas obtenidas del funcionamiento del cerebro, por lo que los autores han llegado a la conclusión de que la organización de las conexiones neuronales del cerebro en nodos densos de interconexión es un tipo de arquitectura de red que puede ser crucial para la integración de un número diverso de funciones segregadas.

Referencia bibliográfica:

Mario Senden, Gustavo Deco, Marcel A. de Reus, Rainer Goebel y Martijn van den Heuvel (2014), "Richclub organizations supports a diverse set of funcional networkconfigurations", NeuroImage, Volume 96, 1 de Agosto  2014, Pàgs. 174-182 .

Zona geográfica: España
Fuente: UPF

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