La dependencia entre conectividad estructural y funcional en el cerebro

Investigación UPV/EHU

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El cerebro es un sistema dinámico altamente complejo. Está compuesto por la sustancia gris, donde se encuentran las neuronas que se encargan de procesar la información recibida de las zonas sensoriales y otras zonas del cerebro, y la sustancia blanca, que se encarga de conectar las diferentes regiones de sustancia gris del cerebro mediante fibras para que éstas puedan comunicarse de una forma eficiente y colaborar en tareas cognitivas complejas (este mapa de fibras son como las carreteras del cerebro). La interacción funcional entre diferentes regiones del cerebro es esencial para su buen funcionamiento: se estima que el 20% de la energía consumida por una persona, la utiliza el cerebro para establecer y mantener estas conexiones.

Muchos estudios realizados hasta la fecha se han llevado a cabo para entender el funcionamiento del cerebro y su organización estructural, pero todavía nos queda mucho por saber.

Un nuevo estudio, liderado por Jesús M. Cortés, profesor Ikerbasque en el Instituto de Investigación Sanitaria Biocruces y colaborador académico del Departamento de Biología Celular e Histología de la UPV/EHU, aporta algo de luz al problema. El trabajo se ha publicado en Nature Scientific Reports y su primer autor es Ibai Díez, ingeniero de telecomunicaciones, también de Biocruces. De hecho, el estudio combina técnicas en la frontera de tres disciplinas como son la neurociencia, el procesado de imagen y la teoría de redes. En particular, se han fusionado datos estructurales (fibras) y funcionales del cerebro a gran escala para analizar cómo éste se organiza. Como resultado de este análisis, se ha conseguido «particionar» el cerebro en un atlas que sigue un patrón funcional y estructural común. Esta es la primera vez que se genera un atlas cerebral combinando datos estructurales y funcionales; hasta ahora, los atlas usados eran puramente estructurales (anatómicos) o puramente funcionales.

Gracias a esta nueva partición del cerebro, se pone por primera vez en evidencia la fuerte dependencia que existe entre la conectividad estructural y las redes de conectividad funcional. El atlas es robusto y persistente entre diferentes individuos (se ha validado con datos en otros sujetos y en diferentes máquinas de resonancia magnética).

Muchas son las patologías neurológicas que afectan al sistema nervioso central. Una buena parte tiene un origen estructural como los traumatismos craneoencefálicos o las enfermedades neurodegenerativas como el alzhéimer o el Parkinson (se originan por una pérdida significativa de fibras). Otras pueden tener un origen funcional, como un simple dolor de cabeza, una migraña o incluso un ataque epiléptico. Es conocido que un daño estructural origina una alteración funcional (la pérdida de fibras en alzhéimer provoca pérdida de memoria, etc.) o viceversa, hay personas que después de muchos ataques epilépticos tienen una pérdida neuronal en determinadas zonas. Así pues, la relación estructura-función está íntimamente relacionada, ya que alteraciones de una de ellas afectan a la otra.

El nuevo atlas se ha obtenido con datos de sujetos sanos. En este momento, se están estudiando alteraciones de cada una de estas regiones provocadas por el envejecimiento o por un traumatismo craneoencefálico moderado-severo. A partir de ahora, el estudio de alteraciones en las distintas regiones del atlas puede abrir vías alternativas para comprender diferentes patologías, ya que anomalías en regiones del atlas indican desequilibrio en la función y/o estructura del cerebro al mismo tiempo.

Referencia:

I. Diez, P. Bonifazi, I. Escudero, B. Mateos, M.A. Munoz, S. Stramaglia and J.M. Cortes (2015) A novel brain partition highlights the modular skeleton shared by structure and function Nature Scientific Reports DOI: 10.1038/srep10532

Edición realizada por César Tomé López a partir de materiales suministrados por UPV/EHU Komunikazioa

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