Las vías paralelas únicas del cerebro humano

resumen: Los investigadores han descubierto una característica única de las redes de comunicación en el cerebro humano: la transmisión de información a lo largo de múltiples vías paralelas, una característica que no se ha observado en macacos ni ratones.

Este hallazgo surgió de un estudio que utilizó datos de difusión y resonancia magnética funcional, así como información y teoría de grafos. El equipo trazó un mapa del «movimiento cerebral» para comparar la transmisión de señales en los cerebros de diferentes mamíferos.

Su investigación sugiere que estas vías paralelas en los humanos pueden contribuir a nuestras capacidades cognitivas avanzadas y podrían tener implicaciones para comprender la evolución del cerebro y sus posibles aplicaciones médicas.

Hechos clave:

1. El estudio de la EPFL encontró que los cerebros humanos transmiten información de manera única a través de múltiples vías paralelas, a diferencia de los macacos y los ratones.
2. Este descubrimiento se realizó utilizando una nueva combinación de resonancia magnética de difusión, resonancia magnética funcional, teoría de la información y teoría de grafos.
3. La investigación sugiere que estas vías paralelas podrían contribuir a funciones cognitivas superiores y ofrecer nuevos conocimientos sobre la plasticidad cerebral y la neurorrehabilitación.

fuente: EPFL

En un estudio que comparó las redes de comunicación del cerebro humano con las de macacos y ratones, los investigadores de la EPFL descubrieron que sólo los cerebros humanos transmiten información a lo largo de múltiples vías paralelas, lo que lleva a nuevos conocimientos sobre la evolución de los mamíferos.

Al describir las redes de comunicación cerebral, a Alessandra Griffa, investigadora postdoctoral en la EPFL, le gusta utilizar metáforas de viajes. Las señales cerebrales se envían desde el origen al destino, creando una vía multisináptica que cruza múltiples regiones del cerebro «como un camino con muchas paradas en el camino».

Explica que ya se han observado vías de comunicación estructurales del cerebro basadas en redes (“rutas”) de fibras nerviosas. Pero como científico del Laboratorio de Procesamiento de Imágenes Médicas (MIP:Lab) de la Facultad de Ingeniería de la EPFL y coordinador de investigación en el Centro de Memoria Leenaards del CHUV, Griffa quería seguir patrones de transmisión de información para aprender cómo se envían y reciben los mensajes. En un estudio publicado recientemente en comunicaciones de la naturaleza, Trabajó con el director de MIP:Lab, Dimitri van de Wiel, y con el miembro de SNSF Ambizione, Enrico Amico, para crear “mapas de movimiento cerebral” que pudieran compararse entre humanos y otros mamíferos.

Para lograr esto, los investigadores utilizaron datos de difusión de código abierto (DWI) y de imágenes por resonancia magnética funcional (fMRI) de humanos, macacos y ratones, que se recolectaron mientras los sujetos estaban despiertos y en reposo.

Los escáneres de DWI permitieron a los científicos reconstruir «mapas de ruta» cerebrales, y los escáneres de resonancia magnética funcional les permitieron ver diferentes áreas del cerebro iluminadas a lo largo de cada «camino», lo que sugiere que estas vías estaban transmitiendo información neuronal.

Analizaron datos de resonancia magnética multimodal utilizando la teoría de la información y la teoría de grafos, y Greva dice que fue esta nueva combinación de métodos la que condujo a nuevos conocimientos.

«Lo nuevo de nuestro estudio es el uso de datos multimodales en un único modelo que combina dos ramas de las matemáticas: la teoría de grafos, que describe ‘hojas de ruta’ multisinápticas; y la teoría de la información, que define la transferencia de información (o ‘tráfico’). ) a través de las carreteras.»

«El principio básico es que los mensajes transmitidos desde el origen al destino permanecen sin cambios o se deterioran aún más en cada parada del camino, como el juego de teléfono que jugábamos cuando éramos niños».

El enfoque de los investigadores reveló que en los cerebros no humanos, la información se envía a lo largo de una única «ruta», mientras que en los humanos había múltiples caminos paralelos entre la misma fuente y el objetivo. Además, estas huellas paralelas eran tan únicas como las huellas dactilares y podían usarse para identificar individuos.

«Se ha planteado la hipótesis de que este tipo de procesamiento paralelo se produce en el cerebro humano, pero nunca antes se había observado a nivel de todo el cerebro», resume Greva.

Posibles conocimientos sobre la evolución y la medicina.

La belleza del modelo de los investigadores, dice Griffa, radica en su simplicidad y en que inspira nuevas perspectivas y vías de investigación en la evolución y la neurociencia computacional. Por ejemplo, los hallazgos podrían estar relacionados con la expansión del tamaño del cerebro humano con el tiempo, dando lugar a patrones de conectividad más complejos.

«Podemos suponer que estos flujos de información paralelos permiten múltiples representaciones de la realidad y la capacidad de realizar funciones abstractas específicas de los humanos».

Añade que aunque esta hipótesis es sólo una especulación, como en… Comunicaciones de la naturaleza El estudio no incluyó ninguna prueba de la capacidad aritmética o cognitiva de las personas, y estas son preguntas que a ella le gustaría explorar en el futuro.

«Observamos cómo se transmite la información, por lo que un siguiente paso interesante será modelar procesos más complejos para estudiar cómo se combina y procesa la información en el cerebro para crear algo nuevo».

Como investigadora de la memoria y la cognición, está particularmente interesada en utilizar el modelo desarrollado en el estudio para ver si la transferencia de información paralela puede conferir plasticidad a las redes cerebrales, tal vez desempeñando un papel en la neurorrehabilitación después de una lesión cerebral o en la prevención del deterioro cognitivo. En enfermedades del envejecimiento.

«Algunas personas envejecen de forma saludable, mientras que otras experimentan un deterioro cognitivo, por lo que nos gustaría ver si existe una relación entre esta diferencia y la presencia de flujos de información paralelos, y si se les puede entrenar para compensar los procesos neurodegenerativos».

Acerca de esta noticia de investigación en neurociencia

autor: Celia Lauterbacher
fuente: EPFL
comunicación: Celia Lauterbacher – EPFL
imagen: Imagen acreditada a Neuroscience News.

Búsqueda original: Acceso abierto.
«Evidencia de una mayor transferencia de información paralela en las redes del cerebro humano en comparación con los monos macacos y los ratones macho“Por Dimitri van de Wiel et al. Comunicaciones de la naturaleza

un resumen

Evidencia de una mayor transferencia de información paralela en las redes del cerebro humano en comparación con los monos macacos y los ratones macho

La comunicación cerebral, definida como la transmisión de información a través de conexiones de materia blanca, es la base de las capacidades computacionales del cerebro que abarcan casi todos los aspectos del comportamiento: desde la percepción sensorial común en las especies de mamíferos hasta las funciones cognitivas complejas en los humanos.

¿Cómo se han adaptado las estrategias de comunicación en grandes redes cerebrales a lo largo de la evolución para cumplir funciones cada vez más complejas?

Al aplicar un enfoque de gráficos y una teoría de la información para evaluar las vías relacionadas con la información en los cerebros de ratones macho, macacos y humanos, demostramos la brecha de conectividad cerebral entre la transferencia selectiva de información en mamíferos no humanos, donde las regiones del cerebro comparten información a través de múltiples individuos. -vías sinápticas. Transferencia paralela de información en humanos, donde las regiones comparten información a través de múltiples caminos paralelos. En los seres humanos, el transporte paralelo sirve como vínculo importante entre los sistemas unilaterales y transmodales.

El diseño de las vías relacionadas con la información es exclusivo de los individuos de diferentes especies de mamíferos, lo que sugiere una especificidad de la estructura de ruta de la información a nivel individual.

Nuestro trabajo proporciona evidencia de que diferentes patrones de conectividad están relacionados con la evolución de las redes cerebrales en los mamíferos.