La complejidad del cerebro humano (86 mil millones de neuronas con más de 100 billones de conexiones) permite el pensamiento abstracto, la adquisición del lenguaje, el razonamiento avanzado y la resolución de problemas, y la capacidad de creatividad e interacción social. Comprender cómo las diferencias en la señalización y la dinámica del cerebro producen una cognición y un comportamiento únicos en los individuos ha sido durante mucho tiempo un objetivo de la investigación en neurociencia, pero muchos fenómenos siguen sin estar claros.
Un estudio realizado por neurocientíficos e ingenieros de la Universidad de Washington en St. Louis aborda esta brecha de conocimiento con una nueva forma de crear modelos personalizados del cerebro, que ofrecen información sobre la dinámica neuronal individual. El trabajo, dirigido por Shi Ningchung, profesor asociado del Departamento de Ingeniería Eléctrica y de Sistemas de Preston M. Green de la Escuela de Ingeniería McKelvey, y Todd Brewer, profesor del Departamento de Psiquiatría y Ciencias del Cerebro en las Artes y las Ciencias, publicó el trabajar en enero. en 17 PNASha introducido un nuevo marco que permitirá a los investigadores construir modelos cerebrales individualizados basados en datos detallados de escáneres cerebrales no invasivos y de alta resolución temporal. Estos modelos personalizados tienen aplicaciones en entornos clínicos y de investigación, donde pueden respaldar los avances en neurociencia y el tratamiento de afecciones neurológicas.
“Esta investigación fue motivada por nuestra necesidad de comprender las diferencias en la dinámica cerebral entre personas”, dijo el primer autor Matthew Singh, quien realizó la investigación mientras era becario postdoctoral con Brewer y Chung en Washio y ahora es asistente en la Universidad. profesor. de Illinois Urbana-Champaign. “No estamos explicando toda la gama de mecanismos biofísicos que operan en el cerebro humano, pero podemos arrojar luz sobre por qué la dinámica cerebral es diferente en individuos sanos con nuestro nuevo marco de modelado, que nos da una idea de la mecánica mental y predicciones comprobables. de los fenómenos mentales.”
Una ventaja clave de la técnica del equipo es la capacidad de observar variaciones individuales en la generación de ondas alfa y beta y relacionarlas con cambios globales en el cerebro. Estos dos tipos de ondas cerebrales, caracterizados por sus diferentes frecuencias eléctricas, están asociados a diferentes estados y funciones cognitivas. Por ejemplo, las ondas alfa se asocian con estados relajados, como la meditación, mientras que las ondas beta se asocian con estados de alerta y activos, como la toma de decisiones y la resolución de problemas. Los cambios en la frecuencia máxima de las ondas alfa han sido tradicionalmente una medida fiable de las diferencias individuales en el cerebro y el comportamiento.
El estudio vincula las diferencias en las oscilaciones de frecuencia alfa y beta con variaciones en todo el cerebro en el equilibrio entre las neuronas excitadoras (aquellas que aumentan la actividad activando y enviando señales a otras neuronas) y las neuronas inhibidoras (aquellas que organizan la actividad al decir). No dispares otras neuronas. Los investigadores validaron los modelos de personalización demostrando que podían reproducir patrones alfa y beta individuales globales y predecir con precisión la actividad cerebral futura, lo que subraya el poder explicativo de su marco.
“Esta nueva técnica proporciona una herramienta poderosa para explorar los mecanismos subyacentes a la dinámica cerebral individual basándose en mediciones no invasivas de la actividad cerebral”, dijo Chung. “Esto nos permitirá avanzar en la neurociencia de alto nivel, crear modelos cerebrales precisos para individuos que puedan predecir la actividad cerebral futura y utilizar este conocimiento para informar intervenciones médicas personalizadas”.
“La colaboración continua, la expansión y el perfeccionamiento de nuestro modelo serán una parte importante de las próximas fases de este proyecto”, añadió Brewer. “Nuestro enfoque innovador tiene el potencial de proporcionar nuevos conocimientos sobre cómo la variación individual en la dinámica cerebral da como resultado diferencias en el funcionamiento cognitivo. Esperamos que este marco conduzca en última instancia a nuevas formas de mejorar el funcionamiento cognitivo, como la neuroestimulación”. “.
