Knowing Neurons
¿Sabías que…?Tecnologías neurocientíficas

Mapear la conectividad cerebral usando la teoría de grafos

Artículo original: Mapping brain connectivity using graph theory,  Joel Frohlich

Traducido por Justin Lai

~~~

Muchos se preguntan por qué las mismas regiones del cerebro a menudo están involucradas una y otra vez en tantas tareas y comportamientos. Por ejemplo, la corteza prefrontal está involucrada en tantas tareas cognitivas que enumerarlas, per se, no es más esclarecedor o significativo que darnos por vencidos y decir: «¡Sucedió en el cerebro!»

Desafortunadamente, un tipo de neuropsicología contemporánea de «focos de atención» y «centros» cerebrales surgió a partir de las imágenes cerebrales funcionales de los años 90. Un lector informal de la literatura de divulgación científica podría creer que el cerebro tiene una arquitectura segregada funcionalmente, con módulos altamente diferenciados para cada tarea y función concebible. Este concepto simplificado de la función cerebral es similar a la frenología, una escuela de pensamiento pseudocientífico del siglo XIX que afirma que las protuberancias en el cráneo indican y determinan las habilidades y los rasgos de la personalidad.

L0000992 Phrenology: Chart
Una de las razones por la que esta visión segregacionista funcional del cerebro ha persistido en la ciencia popular e incluso en los círculos académicos es porque es parcialmente correcta. La neocorteza logra un delicado equilibrio entre la segregación funcional y la integración, un equilibrio que se cree que es crítico para la consciencia y la cognición superior. Ignorar este equilibrio a menudo conduce a experimentos de imágenes cerebrales mal diseñados, que confieren una relevancia exagerada a la activación esperada de las regiones del cerebro sin mostrar cómo interactúan entre si para realizar una función.

Un mejor enfoque para estudiar la actividad cerebral funcional es caracterizar las redes de regiones cerebrales a partir de su actividad correlacionada durante una tarea mental o conductual. Percibir el cerebro como una red reconoce el equilibrio entre la segregación funcional y la integración, y a la vez permite el mapeo cerebral funcional de forma correcta. Se descubre una red cerebral funcional al caracterizar la actividad correlacionada de regiones cerebrales distribuidas utilizando las herramientas matemáticas de la teoría de grafos.

“…el equilibrio entre la segregación funcional y la integración”

La teoría de grafos nace en el siglo XVIII cuando el matemático Leonhard Euler resolvió un problema contemporáneo preguntando si se podía caminar por la ciudad prusiana de Königsberg sin cruzar ninguno de sus siete puentes más de una vez. Al describir cuantitativamente la conectividad de distritos urbanos aislados, Euler inventó el primer gráfico. Este no es el tipo de gráfico que se utiliza para trazar una variable frente a otra, sino más bien un «mapa» que describe un conjunto de nodos (por ejemplo, distritos de una ciudad o regiones del cerebro) conectados por bordes (por ejemplo, puentes o fibras de materia blanca). Quizás no sea del todo coincidencia que un campo matemático originalmente inventado para resolver un problema de navegación se use hoy para caracterizar el cerebro. El cerebro utiliza la conectividad de las células de lugar en el hipocampo, cada una de las cuales codifica explícitamente una ubicación en el espacio físico, para navegar en su entorno. La ruta más corta entre dos ubicaciones se puede calcular rastreando las conexiones entre las células de lugar. Este es un ejemplo de una red cerebral estructural, en la que los nodos están definidos por conexiones anatómicas en lugar de asociaciones estadísticas. Las redes cerebrales estructurales son el sustrato físico que le da origen a las redes cerebrales funcionales.


El matemático Leonhard Euler desarrolló el campo de la teoría de grafos al demostrar que no se puede dar un paseo por la ciudad prusiana de Konigsberg sin cruzar uno de los siete puentes que conectan los distritos al menos dos veces.

Muchas redes cerebrales funcionales importantes se han caracterizado en los últimos años utilizando la teoría de grafos. Podría decirse que la más notable es la red neural por defecto (DMN, por sus siglas en inglés), un conjunto de nodos centrales cuya actividad está altamente correlacionada durante el descanso cognitivo. Los nodos centrales se caracterizan en un gráfico por tener muchos vecinos, como los aeropuertos de ciudades que usan vuelos para conectarse a pueblos más pequeños y relativamente aislados. En el cerebro, la corteza prefrontal medial, los lóbulos temporales mediales, la corteza cingulada posterior y el precúneo forman nodos centrales de entrada en el DMN. Los nodos centrales de redes que se activan con frecuencia no se activan únicamente por una tarea específica. La próxima vez que escuchemos a los medios de comunicación reportar sobre una región del cerebro activada por una tarea específica, preguntémonos si esa región del cerebro también podría ser parte de una red más grande responsable de muchas otras tareas.

public_domain_DMN_image
La resonancia magnética funcional se utiliza para revelar la actividad metabólica correlacionada entre las regiones del cerebro que constituyen la red neuronal por defecto

~~~

Escrito por Joel Frohlich
Ilustrado por Jooyeun Lee y imágenes de Wikimedia Commons
Traducido por Justin Lai

~~~

¡Conviértete un patrocinador!

Autor

Joel Frohlich
Joel Frohlich es un investigador postdoctoral que estudia la consciencia en el laboratorio de Martin Monti en UCLA. Él está interesado en el uso de la actividad cerebral registrada con la electroencefalografía para inferir cuando una persona está consciente. Joel obtuvo su doctorado en UCLA en el 2018 estudiando los marcadores electroencefalográficos de los trastornos del desarrollo neurológico en el laboratorio de Shafali Jeste. También puede consultar el blog de Joel llamado «Conciencia, Auto-organización y Neurociencia» en Psychology Today. Para obtener más información sobre la investigación y los ensayos de Joel, visite el sitio web de Joel en joelfrohlich.com.

Author

  • Joel Frohlich

    Joel Frohlich es un postdoctorado que estudia la consciencia en el laboratorio de Martin Monti en UCLA. Está interesado en utilizar la actividad cerebral registrada con la electroencefalografía para inferir cuándo una persona está consciente. Joel obtuvo su doctorado de UCLA en el 2018 estudiando marcadores electroencefalográficos de trastornos del neurodesarrollo en el laboratorio de Shafali Jeste. También puede visitar el blog de Joel: Conciencia, autoorganización y neurociencia en Psychology Today. Para

Joel Frohlich

Joel Frohlich es un postdoctorado que estudia la consciencia en el laboratorio de Martin Monti en UCLA. Está interesado en utilizar la actividad cerebral registrada con la electroencefalografía para inferir cuándo una persona está consciente. Joel obtuvo su doctorado de UCLA en el 2018 estudiando marcadores electroencefalográficos de trastornos del neurodesarrollo en el laboratorio de Shafali Jeste. También puede visitar el blog de Joel: Conciencia, autoorganización y neurociencia en Psychology Today. Para