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| Un nuevo análisis basado en el Atlas de Conectividad Cerebral del Ratón del Instituto Allen, generando un diagrama de cableado de las conexiones del cerebro del ratón, muestra que las conexiones de largo alcance pueden ser importantes para que el cerebro de los mamíferos sincronice su actividad. |
En el cerebro, las conexiones
son clave. Un cerebro de ratón contiene alrededor de mil millones de sinapsis,
o conexiones físicas entre neuronas, y nuestro propio cerebro alberga
aproximadamente 100 billones. Los investigadores apenas están empezando a
arañar la superficie de cómo este complejo cableado se traduce en las muchas
habilidades del cerebro, pero un nuevo estudio basado en un modelo de la
conectividad en el cerebro del ratón ha arrojado luz sobre algunas conexiones
particularmente raras, aquellas que abarcan distancias muy largas en el
cerebro.
En un estudio publicado en la
revista PLOS Computational Biology, los neurocientíficos computacionales del
Instituto Allen describen un modelo
computacional que revela que las conexiones de largo alcance en el cerebro del
ratón son importantes para que las neuronas trabajen en sincronía unas con
otras y también para romper esa sincronía cuando deja de ser necesaria.
Los investigadores creen que
la capacidad del cerebro para sincronizarse, y para cambiar rápidamente entre
actividades síncronas y asíncronas, es importante para una amplia gama de
funciones diferentes. Este cambio rápido, a menudo, aparece dañado en los
pacientes con enfermedad de Alzheimer, al igual que las conexiones de largo
alcance, por lo que también es posible que estas conexiones sean importantes
para mantener a nuestro cerebro sano.
Los enlaces neuronales perdidos
El estudio utilizó datos del
Atlas de Conectividad Cerebral del Ratón del Instituto Allen, un diagrama de
cableado que rastrea el "conectoma" del ratón, un mapa de las
conexiones neuronales de todo el cerebro del animal. Los investigadores utilizaron esos
datos para construir un modelo que simula un aspecto de la función cerebral: la
sincronía de la actividad neuronal.
En el cerebro, las conexiones
mas frecuentes ocurren entre las neuronas que están cerca unas de otras. Pero
un pequeño porcentaje de las conexiones del cerebro abarcan distancias más
largas, y esas conexiones resultaron ser necesarias para que el modelo
computacional imite la dinámica natural del cerebro. La mayoría de los trabajos
de modelado anteriores las habían pasado por alto.
"Estas conexiones son
pocas y distantes entre sí, pero son muy importantes", según Stefan
Mihalas, Investigador Asociado del Instituto Allen para la Ciencia del Cerebro
y coautor del estudio. "Es fácil pasarlas por alto porque es necesario
realizar muchas mediciones para capturarlas. La única razón por la que no las
hemos perdido es porque los datos de conectividad en el atlas son muy completos".
Para explicar por qué un
cerebro necesitaría sincronizar su actividad, Mihalas plantea algunas preguntas
que parecen más metafísicas que matemáticas: “¿Qué hace que un cerebro sea un
todo, en lugar de la suma de piezas? Si pones dos cerebros juntos, ¿por qué no dan
como resultado un cerebro gigante? "
Parece una pregunta ridícula,
pero es impactante el fenómeno del "síndrome de cerebro dividido", en
el que algunos pacientes a los que les cortan las conexiones entre los
hemisferios izquierdo y derecho (generalmente para tratar la epilepsia grave)
parecen mostrar dos conciencias separadas. Para realizar sus múltiples
funciones: percepción sensorial, procesamiento, toma de decisiones, el cerebro
debe interactuar tanto a nivel local como global.
Un modelo computacional que
imita las conexiones observadas en el cerebro del ratón fue capaz de cambiar
los estados del "cerebro" virtual, desincronizando rápidamente su
actividad pero sin fragmentar su totalidad. Si los investigadores mezclaban las
conexiones al azar, el modelo se dañaba al recibir un estímulo, incapaz de
unirse y sincronizarse como una unidad.
Para cambiar rápidamente
nuestro enfoque entre dos actividades, puede ayudarnos el alternar entre
sincronización y desincronización, según Mihalas. Los estudios de resonancia
magnética de personas, a las que se les pide que no se centren en ninguna cosa
en particular, revelan que los cerebros, cuando divagan, exhiben ondas
sincronizadas que se apagan rápidamente en presencia de un estímulo externo,
como un ruido repentino. Y las regiones del cerebro responsables de la
percepción sensorial, como la corteza visual, exhiben actividad incluso cuando
no están siendo estimuladas, como cuando los ojos de una persona están
cerrados.
Este modelo es solo un paso
hacia la comprensión de cómo la estructura intrincada del cerebro permite su
amplia gama de habilidades. Los investigadores del Instituto Allen están
trabajando en las siguientes iteraciones del conectoma del ratón, un conjunto
de datos que toma en cuenta muchas más complejidades del cerebro de los
mamíferos. Los neurocientíficos también están trabajando para comprender si se
alteran las conexiones y la sincronía en un modelo de ratón de la enfermedad de
Alzheimer, y como lo hacen.
Con modelos cada vez más
precisos del conectoma tanto del ratón, como del ser humano, tendremos
respuestas cada vez mas certeras al gran misterio que todavía supone el
funcionamiento del cerebro.
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