Un modelo de los flujos de la actividad cerebral creado por científicos de la Universidad de Granada muestra que existe un equilibrio crítico entre avalanchas y calmas cuya ruptura puede provocar patologías mentales

 

HCP

Mapa del cableado neuronal del cerebro extraído del Proyecto Conectoma Humano.

Hace 107 años, un aragonés logró el único premio Nobel de ciencia labrado hasta ahora dentro de nuestras fronteras con la única ayuda de un microscopio, útiles de dibujo y una mirada inquisitiva. Más de un siglo después, el camino pionero emprendido por Cajal ha avanzado tanto que, por paradójico que parezca, hoy el conocimiento acumulado de la trama y la función del cerebro es algo tan complejo que escapa a la propia comprensión del órgano que lo investiga.

Por suerte, los investigadores de hoy cuentan con una herramienta tan imprescindible como para Cajal lo fueron sus lápices. Proyectos como el Blue Brain y el Human Brain Project utilizan superordenadores para crear modelos de simulación del cerebro humano, lo que ha convertido la investigación puntera en neurociencia en un trabajo conjunto de biología, física, matemáticas y computación. Hoy existen modelos básicos que los científicos pueden emplear como recreación informática del cableado cerebral. Pero la tarea no acaba aquí: una vez dibujada la arquitectura estática del cerebro, hay que poner en movimiento toda esa circuitería. “Utilizando una sencilla analogía, es como si tuviéramos a nuestra disposición, por un lado, un detallado atlas de carreteras, y por otro, un mapa del tráfico en distintos y determinados momentos del día”, resume Miguel Ángel Muñoz, catedrático de Física Teórica y Computacional de la Universidad de Granada (UGR).

Muñoz y su colega Paolo Moretti trabajan en el Instituto Carlos I de Física Teórica y Computacional y en el grupo de investigación en Física Estadística y de los Sistemas Complejos de la UGR. Allí cuentan con el superordenador PROTEUS, que les ha permitido simular ese tráfico eléctrico de la actividad cerebral utilizando como atlas de carreteras el mapa de la conectividad neuronal más preciso que existe, elaborado por el neurocientífico Olaf Sporns en la Universidad de Indiana (EE.UU.).

Lo que Muñoz y Moretti han logrado es reproducir la circulación por la red neuronal en distintas condiciones de actividad o reposo para analizar cómo y en qué regiones del cerebro se distribuye ese flujo electroquímico. “Los episodios de actividad neuronal constituyen un mecanismo para entender cómo la información codificada en las neuronas viaja de un lugar a otro del cerebro, haciendo así posible la integración de toda la información, dando coherencia al sistema”, apunta Muñoz.

Terremoto en la cabeza

Según publican los científicos en la revista Nature Communications, lo que han descubierto es que los patrones de actividad cerebral varían enormemente en intensidad, entre la llovizna y el diluvio. En algunos casos se producen avalanchas que, explica Muñoz, “no podemos comparar con el ejemplo del tráfico, porque para ello debería ocurrir que los coches, en un punto, pudiesen desdoblarse en varios y multiplicarse o evaporarse”. El físico asemeja estos episodios a “terremotos que continuamente perturban la superficie de la Tierra, y que en un proceso de cascada desencadenan avalanchas sísmicas de gran variabilidad”.

De acuerdo a los investigadores, la estructura jerárquica del cerebro posee el mando de control que permite regular la magnitud y la extensión de estas avalanchas, y si algo falla, las consecuencias pueden ser muy graves. “Si las avalanchas fuesen demasiado breves, la información codificada en ellas no podría viajar de una parte a otra del cerebro y no habría una coherencia suficiente para las operaciones cognitivas”, señala Muñoz. “Por otro lado, si las avalanchas fuesen siempre demasiado intensas, el cerebro estaría en un estado perpetuo de terremoto devastador, o dicho con algo más de precisión, en un estado de perpetua actividad epiléptica”.

El trabajo de Muñoz y Moretti resalta que esa capacidad de modulación permite al cerebro trabajar en un equilibrio crítico para que la información llegue a todas partes sin saturar el sistema. “Operar en condiciones críticas ofrece ventajas funcionales, como capacidades de computación óptimas, memoria y un amplio rango dinámico”, escriben los autores en su estudio. Pero se trata de un delicado balance en el punto justo entre el exceso y el defecto, dos posibilidades que “serían nefastas para el correcto funcionamiento del cerebro y ambas se pueden relacionar con patologías mentales”, concluye Muñoz. Algo que el escritor Philip K. Dick, autor del relato que dio origen a la película Blade Runner, observó con otras palabras: “La distinción entre la cordura y la locura es más estrecha que el filo de una navaja”.

 

Fuente: José Manuel Nieves