Una neuronet ayuda a diagnosticar conexiones debilitadas entre diferentes partes del cerebro

(A) La línea de tiempo de la tarea motora única; (B) el sistema internacional de colocación de electrodos «10–10» utilizado en este estudio, con las áreas de interés seleccionadas con rectángulos de colores. El rectángulo verde corresponde a la corteza motora de la línea media (MCz={Cpz,Cz,FCz}), y el área azul resalta el lóbulo parietal (P={P4,Pz,P3}); (C) un ejemplo de datos de EEG filtrados en la banda theta (4–8 Hz). Aquí, la conectividad funcional se calcula entre las áreas cerebrales MCz y P, en función de las grabaciones de EEG multivariadas. En la fila superior, se muestra la sEMG promediada sobre el grupo YA. La señal sEMG se filtra en el rango de 10 a 100 Hz; (C) trayectorias tridimensionales de los subconjuntos MCz y P; (D) la inferencia de la dependencia funcional, donde P

Junto con colegas de la Universidad de Innopolis, científicos de la Universidad Federal Báltica Immanuel Kant utilizaron métodos de aprendizaje automático para estudiar la conexión y coordinación cambiantes de diferentes partes del cerebro con la edad.

Resultó que las personas mayores utilizan las neuronas responsables de la planificación y el aprendizaje cuando realizan movimientos simples y familiares. Esto confirma la idea de que les resulta más difícil adquirir nuevas habilidades motrices y retener las ya existentes. El estudio puede ser útil para encontrar recomendaciones para mantener la función cerebral en los ancianos.

Los resultados del estudio se publican en Sensores.

Todas las estructuras del cerebro interactúan entre sí mediante el intercambio de señales eléctricas entre las células nerviosas. El funcionamiento normal del cerebro requiere la interacción constante de un gran número de neuronas, lo que asegura la conectividad funcional, o más simplemente, la coherencia de las diferentes partes del cerebro.

La conectividad funcional de las personas con autismo, enfermedad de Alzheimer y esclerosis múltiple a menudo se ve dañada. El signo más común de la enfermedad neurológica es una interrupción en las redes neuronales entre partes distantes del cerebro. Por ejemplo, los responsables de la actividad motora y funciones cognitivas como la memoria y la atención. Como resultado, se vuelve más difícil para una persona aprender cosas nuevas como idiomas extranjeros, instrumentos musicales y dibujo. Además, estas conexiones son sensibles a los cambios relacionados con la edad.

Junto con la Universidad de Innopolis (Innopolis), científicos de la Universidad Federal Báltica Immanuel Kant desarrollaron un método basado en el aprendizaje automático para evaluar la conectividad funcional entre diferentes partes del cerebro para personas de diferentes edades. En el estudio participaron diez jóvenes y diez personas mayores.

Cada uno de ellos tenía quince sensores de registro de encefalograma conectados a diferentes partes de la cabeza. Esto ayudó a estudiar la actividad de diferentes partes del cerebro. Los científicos estaban interesados ​​principalmente en los lóbulos parietal y frontal, así como en la corteza motora porque conectan las neuronas responsables de la percepción de señales (función sensorial) y el movimiento (función motora).

Ambos componentes son cruciales para el control normal de las acciones. Los autores registraron la actividad cerebral en dos condiciones: cuando los participantes estaban en un estado relajado y cuando apretaron repetidamente la mano en un puño y luego la relajaron con una señal.

Los electroencefalogramas obtenidos como resultado del experimento fueron analizados por una red neuronal de aprendizaje profundo. Ayudó a estudiar si la conexión entre las partes motoras y sensoriales del cerebro se estableció durante el desempeño de la tarea y, de ser así, qué tan fuerte era. Resultó que la corteza se activaba de manera diferente en diferentes grupos de edad.

Así, al realizar movimientos simples de la mano, los sujetos mayores, en comparación con los jóvenes, estaban activando una actividad neuronal lenta en el llamado rango theta. Eso era común para aprender y realizar algún tipo de acción por primera vez. Los autores del estudio sugirieron que la razón de este fenómeno es una disminución de la plasticidad cerebral de las personas mayores.

Esto lleva al hecho de que para realizar incluso acciones simples y familiares necesitan involucrar más conexiones neuronales que los jóvenes. Al mismo tiempo, la conectividad funcional de las diferentes partes del cerebro fue más fuerte para los participantes más jóvenes del experimento. Además, tenían más memoria motora involucrada en la realización de los movimientos, por lo que se reducía la actividad de las neuronas en la frecuencia relacionada con el aprendizaje y la planificación.

Esto confirma una vez más la suposición de que con la edad se vuelve más difícil adquirir nuevas habilidades motoras y se necesita más esfuerzo para realizar tareas motoras.

«Nuestros resultados mostraron que el modelo de conectividad funcional se alineaba bien con las ideas actuales sobre el efecto del envejecimiento saludable en la activación neuronal. En el futuro, planeamos investigar otros tipos de interacciones interneuronales en el cerebro además de las sensoriomotoras». dice Elena Pitsik, investigadora junior en el Centro Báltico de Inteligencia Artificial y Neurotecnología.

Proporcionado por la Fundación Rusa para la Investigación Básica