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Se ha puesto patas arriba un paradigma centenario: la forma del cerebro importa más que la conectividad neuronal

Se ha puesto patas arriba un paradigma centenario: la forma del cerebro importa más que la conectividad neuronal

Los investigadores han descubierto que la forma del cerebro de una persona influye en gran medida en el pensamiento, el sentimiento y el comportamiento, lo que cambia el enfoque predominante en la comunicación neuronal compleja. Usando resonancias magnéticas y el principio de autocodificación, encontraron que la función cerebral está íntimamente ligada a sus propiedades geométricas, al igual que la forma de un instrumento musical determina su sonido, proporcionando nuevas vías para investigar la función y la enfermedad cerebral.

La forma de nuestro cerebro, más que las interacciones entre diferentes regiones, juega un papel fundamental al influir en nuestros pensamientos, emociones y acciones.

Durante más de cien años, los científicos han creído que nuestros pensamientos, sentimientos y sueños están determinados por la forma en que diferentes regiones del cerebro interactúan a través de una vasta red de billones de conexiones celulares.

Sin embargo, un estudio reciente dirigido por el equipo del Turner Institute of Brain and Mental Health de la Universidad de Monash examinó más de 10 000 mapas distintos de la actividad del cerebro humano y descubrió que la forma general del cerebro de un individuo tiene más influencia en los procesos cognitivos, las emociones y el comportamiento que la compleja conectividad neuronal.

El estudio, que fue publicado recientemente en la prestigiosa revista, naturaleza Reúne enfoques de la física, la neurociencia y la psicología para revertir el paradigma centenario que enfatiza la importancia de la conectividad cerebral compleja y, en cambio, identifica la relación previamente subestimada entre la forma y la actividad del cerebro.

El autor principal e investigador, el Dr. James Bang, del Instituto Turner y la Facultad de Ciencias Psicológicas de la Universidad de Monash, dijo que los hallazgos eran importantes porque simplificaron enormemente la forma en que podemos estudiar cómo funciona, se desarrolla y envejece el cerebro.

Alex Fournetto y James Bang

Alex Fornetto (izquierda) y James Pang estudiaron más de 10 000 imágenes de resonancia magnética para determinar la forma importante del cerebro. Crédito: Universidad de Monash

“El trabajo abre oportunidades para comprender los efectos de enfermedades como la demencia y los accidentes cerebrovasculares al observar modelos de la forma del cerebro, que son mucho más fáciles de trabajar que los modelos de todo el conjunto de conexiones en el cerebro”, dijo el Dr. Pang.

“Durante mucho tiempo hemos pensado que ciertos pensamientos o sensaciones desencadenan la actividad en partes específicas del cerebro, pero este estudio revela que los patrones organizados de actividad se estimulan en casi todo el cerebro, de manera muy similar a la forma en que una nota musical surge de las vibraciones que ocurren a lo largo de toda la cuerda de un violín, en lugar de solo una parte aislada”, dijo.

El equipo de investigación utilizó imágenes por resonancia magnética (IRM) para estudiar los modos propios, que son los patrones naturales de vibración o excitación en un sistema, en los que diferentes partes del sistema se excitan a la misma frecuencia. Los automódulos se utilizan normalmente para estudiar sistemas físicos en campos como la física y la ingeniería, y solo recientemente se han adaptado para estudiar el cerebro.

Este trabajo se centró en desarrollar la mejor manera de construir modos propios para el cerebro de manera eficiente.

El coautor principal, el Dr. Kevin Aquino, de BrainKey y la Universidad de Sydney, dijo: “Así como las frecuencias resonantes de las cuerdas del violín están determinadas por su longitud, densidad y tensión, los modos propios del cerebro están determinados por sus propiedades estructurales (físicas, geométricas y anatómicas), pero las propiedades específicas más importantes siguen siendo un misterio”.

El equipo, dirigido por el profesor Alex Fornetto, miembro del Turner Institute y de la ARC School of Psychological Science, comparó cómo los perfiles subjetivos obtenidos a partir de modelos de forma cerebral pueden explicar diferentes patrones de actividad en comparación con los perfiles subjetivos obtenidos a partir de modelos de conectividad cerebral.

“Descubrimos que los modos propios definidos por la geometría del cerebro, sus contornos y curvatura, representan la restricción anatómica más fuerte en la función cerebral, al igual que la forma de un cilindro afecta los sonidos que puede hacer”, dijo el profesor Fornetto.

“Usando modelos matemáticos, confirmamos las predicciones teóricas de que la estrecha conexión entre la geometría y la función está impulsada por una actividad similar a una onda que se propaga por todo el cerebro, al igual que la forma de un estanque afecta las ondas formadas por una piedra que cae”, dijo.

“Estos hallazgos plantean la posibilidad de predecir la función cerebral directamente a partir de su forma, abriendo nuevas vías para explorar cómo el cerebro contribuye a las diferencias individuales en el comportamiento y el riesgo de enfermedades psiquiátricas y neurológicas”.

El equipo de investigación descubrió que en más de 10 000 mapas de actividad de resonancia magnética, que se obtuvieron cuando los sujetos realizaban varias tareas desarrolladas por neurocientíficos para explorar el cerebro humano, la actividad estaba dominada por patrones subjetivos con patrones espaciales que tenían longitudes de onda muy largas, que se extendían a distancias superiores a 40 milímetros.

“Este hallazgo va en contra de la sabiduría convencional, en la que a menudo se supone que la actividad durante varias tareas ocurre en regiones focales y aisladas de actividad elevada, y nos dice que los métodos tradicionales de mapeo cerebral pueden mostrar solo la punta del iceberg cuando se trata de comprender cómo funciona el cerebro”, dijo el Dr. Pang.

Referencia: “Limitaciones de ingeniería en las funciones del cerebro humano” por James C. Pang, Kevin M. Aquino, Marian Oldenkel, Peter A. Robinson, Ben de Fulcher, Michael Breakspeare, Alex Fornetto, 31 de mayo de 2023, disponible aquí. naturaleza.
DOI: 10.1038/s41586-023-06098-1

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