Estudio de resonancia magnética desafía nuestro conocimiento de cómo funciona el cerebro humano – Physics World

¿Cómo funciona el cerebro humano? Depende de a quien le preguntes.

En la escuela, probablemente te enseñaron que nuestros cerebros contienen miles de millones de neuronas que procesan información y nos ayudan a formar pensamientos, emociones y movimientos. Pregúntele a los especialistas en imágenes y aprenderá cómo podemos ver el cerebro de diferentes maneras usando una variedad de técnicas de imágenes y qué podemos aprender de cada imagen. Los neurocientíficos también le informarán sobre las interacciones entre las neuronas y las sustancias químicas relacionadas, como la dopamina y la serotonina.

Si le pregunta a un subgrupo de neurocientíficos que se enfocan en marcos matemáticos sobre cómo la forma del cerebro influye en su actividad, un área de la neurociencia matemática llamada teoría del campo neural, comenzará a comprender la relación entre la forma, la estructura y la función del cerebro de otra manera. .

La teoría del campo neuronal se basa en nuestra comprensión convencional de cómo funciona el cerebro. Utiliza la forma física del cerebro (el tamaño, la longitud y la curvatura de la corteza, y la forma tridimensional de la subcorteza) como un andamio sobre el que se desarrolla la actividad cerebral a lo largo del tiempo y el espacio. Luego, los científicos modelan la actividad eléctrica macroscópica del cerebro utilizando la geometría del cerebro para imponer restricciones. La actividad eléctrica a lo largo de la corteza, por ejemplo, podría modelarse como una superposición de ondas viajeras que se propagan a través de una lámina de tejido neural.

“La idea de que la geometría del cerebro puede influir o restringir cualquier actividad que ocurra en su interior no es una pregunta de neurociencia convencional, ¿verdad? Es una pregunta muy esotérica... Ha habido décadas de trabajo tratando de mapear el intrincado cableado del cerebro, y hemos pensado que toda la actividad que sale del cerebro está impulsada por este intrincado cableado", dice james pang, investigador de la Universidad de Monash Instituto Turner para el Cerebro y la Salud Mental.

En un estudio publicado en Naturaleza, Pang y sus colegas han desafiado esta comprensión predominante al identificar una fuerte relación entre la forma del cerebro y la actividad de resonancia magnética funcional (fMRI).

Los investigadores estaban estudiando resonancias naturales llamadas modos propios, que ocurren cuando diferentes partes de un sistema vibran a la misma frecuencia, como las excitaciones que ocurren en el cerebro durante una resonancia magnética funcional evocada por una tarea. Cuando aplicaron modelos matemáticos de la teoría del campo neural a más de 10,000 XNUMX mapas de actividad y datos de IRMf del Proyecto Conectome Humano, los investigadores encontraron que la actividad cortical y subcortical resulta de la excitación de los modos propios de todo el cerebro con longitudes de onda espaciales largas de hasta 6 cm y más. Este resultado contrasta con la creencia dominante de que la actividad cerebral está localizada.

“Durante mucho tiempo hemos pensado que los pensamientos o sensaciones específicos provocan actividad en partes específicas del cerebro, pero este estudio revela que los patrones estructurados de actividad se activan en casi todo el cerebro, al igual que la forma en que una nota musical surge de las vibraciones que se producen a lo largo de todo el cerebro. toda la longitud de una cuerda de violín, y no solo un segmento aislado”, dice Pang en un comunicado de prensa.

El aprendizaje automático proporciona información sobre el cerebro humano

Pang y sus colegas también compararon el rendimiento de los modos propios geométricos, obtenidos a partir de modelos de la forma del cerebro, en relación con los modos propios del conectoma, que se obtienen a partir de modelos de conectividad cerebral. Descubrieron que los modos propios geométricos imponen mayores límites a la actividad cerebral que los modos propios del conectoma, lo que sugiere que los contornos y la curvatura del cerebro influyen fuertemente en la actividad cerebral, quizás incluso en mayor medida que la compleja interconectividad entre las poblaciones de neuronas.

En pocas palabras, los resultados de los científicos desafían nuestro conocimiento sobre cómo funciona el cerebro humano.

“No estamos diciendo que la conectividad en tu cerebro no sea importante”, dice Pang. “Lo que estamos diciendo es que la forma de tu cerebro también tiene una contribución significativa. Es muy probable que ambos mundos tengan alguna sinergia... Ha habido décadas y décadas de trabajo de ambos lados de la investigación en el mundo de la teoría del campo neural y el mundo de la conectividad, y ambos son importantes, en mi opinión. Este estudio abre tantas posibilidades: podríamos estudiar cómo los modos propios geométricos varían a lo largo del neurodesarrollo o se ven interrumpidos por trastornos clínicos, por ejemplo. Es bastante emocionante”.

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• Fuente: https://physicsworld.com/a/mri-study-challenges-our-knowledge-of-how-the-human-brain-works/