- Patricio Orio, investigador del Centro Interdisciplinario de Neurociencia de Valparaíso (CINV), realiza simulaciones para comprender las dinámicas que se dan en esta zona, especialmente para entender cómo esta actividad se origina, a partir de nuestro conectoma, que lo componen grandes paquetes de fibras nerviosas.
Este conocimiento derivará en vislumbrar por qué las alteraciones en la conectividad desencadenan patologías neurológicas.
El cerebro tiene grandes áreas cerebrales cuya actividad eléctrica da lugar a nuestras percepciones, pensamientos y acciones. Gracias a la resonancia magnética, podemos visualizar los grandes paquetes de fibras nerviosas que unen esas áreas cerebrales, lo que conocemos como el conectoma. El Dr. Patricio Orio, miembro del Centro Interdisciplinario De Neurociencia De Valparaíso (CINV) utiliza información sobre la conectividad para hacer simulaciones con modelos matemáticos sobre cómo se comportaría una red neuronal, en cerebros sanos o en algunas patologías. La idea es entender cómo las conexiones le dan forma a la actividad de nuestro cerebro, pudiendo entender también cómo algunas patologías se originarían en una interacción alterada entre actividad y conexiones.
Orio estudia la particularidad de cómo nuestro cerebro está entrelazado, cuáles son las reglas que circulan durante su desarrollo, y que se imponen durante el aprendizaje y maduración. “Queremos saber por qué a veces se echa a perder en algunas patologías, y cuando se altera la unión cerebral éste no funciona como debería”, señala. El experto explica que el cerebro tiene una actividad incesante, lo que se conoce como una dinámica multiestable, que hace que éste no se quede enganchado en un patrón de sincronía, sino que tiene la capacidad de estar transitando entre distintos estados y patrones de actividad.
“Eso hace que puedas estar pendiente de distintas cosas, y que puedas aprender nuevos asuntos. Los circuitos cerebrales tienen la capacidad de explorar diferentes patrones de actividad. Y dicha capacidad, tiene en parte mucho que ver con la organización a gran escala que tiene la conectividad cerebral”, indica.
Estado de ignición
Un trabajo reciente de su grupo de investigación consistió en indagar qué tiene de especial un modelo dinámico que incorpora la conectividad cerebral humana. Para esto, realizaron exhaustivas simulaciones numéricas con modelos “cableados” ya sea con el conectoma humano (ch) o con otros diferentes, obtenidos al ir cambiando las conexiones de forma aleatoria. “Descubrimos que la manera en que nuestro cerebro está organizado, le permite alcanzar de forma muy eficiente algo conocido como la “ignición”: un estado en que varias áreas aumentan su actividad de forma concertada y que se cree estaría relacionado con el momento en que tomamos conciencia de algo”.
Además, el ch permite que distintas áreas cerebrales entren de forma gradual a esta “ignición”, permitiendo distintas configuraciones de actividad. Los conectomas aleatorios, por el contrario, dan origen a una ignición más abrupta: todas las áreas de la red se activan a veces al unísono. “Descubrimos también un núcleo crítico de regiones cerebrales que están muy ensambladas entre sí, que en nuestro modelo se activan de manera recíproca para originar la “ignición”.
Esta propiedad no es algo particular del cerebro humano. Los mismos resultados fueron obtenidos utilizando la asociación del cerebro de ratón, de macacos y moscas. “Esto nos habla de un patrón que se ha conservado en la evolución y nos plantea una interesante pregunta: ¿cómo el cerebro se organiza durante nuestro desarrollo para lograr este nexo?”, indica el experto.
Resonancia magnética
Orio explica que también estos modelos matemáticos se usan con datos experimentales de actividad cerebral medida por resonancia magnética (conocida como resonancia magnética funcional). En uno de sus trabajos, utilizaron datos provenientes de un experimento en que a los pacientes se les pedía estar en reposo durante un rato, para luego resolver una tarea de memoria relativamente simple. A otro grupo de sujetos se le suministró además un chicle de nicotina, para activar su sistema colinérgico (relacionado con el neurotransmisor acetilcolina).
Esto los ponía más atentos y podían realizar el ejercicio de mejor forma. “Analizando la conectividad funcional, que es la sincronía entre las distintas áreas del cerebro, pudimos confirmar que la actividad cerebral de la persona que está haciendo la tarea es más segregada, es decir, cada área cerebral enfocada en su función particular. Este mismo efecto se puede reproducir en el modelo matemático y entonces comenzamos a entender el mecanismo de acción de la acetilcolina”, indica.
El Dr. Orio expresa que participa en una colaboración internacional que aspira a realizar el mismo tipo de análisis y simulación para entender en qué se diferencian, por ejemplo, distintos estados de coma cerebral. “Con el uso de nuestros modelos dinámicos aspiramos no solo a poder identificar los diferentes ‘desordenes de la conciencia’ –como se conoce al coma– sino también a entender sus mecanismos.” (Por Cristián Yáñez W. Agencia Inés Llambías Comunicaciones)
Equipo Prensa Portal Red Salud
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