Nuevos conocimientos sobre la complejidad del cerebro

Un estudio reciente del Complexity Science Hub (CSH) Viena allana el camino hacia una visión más profunda de la complejidad del cerebro humano, uno de los órganos más grandes y sofisticados del cuerpo humano. El estudio, que desarrolla un marco matemático y computacional para analizar la actividad neuronal en C. elegans, un pequeño gusano que se ha utilizado como organismo modelo para estudiar la actividad neuronal, se publicó el viernes en la revista Biología Computacional PLoS.

El organismo microscópico, que consta de solo 1000 células, 300 de las cuales son neuronas, ha sido mapeado con precisión, pero el papel de las neuronas en el control del comportamiento sigue siendo controvertido, dice Edward Lee, becario postdoctoral en el CSH y autor del artículo.

Basado en avances recientes en la medición de neuronas en gusanos vivos, el nuevo estudio propone una forma de desenmascarar las funciones de las neuronas mediante el uso de perturbaciones más naturales.

«En el trabajo, tratamos de ser más holísticos, en el sentido de que tomamos todos los datos y tratamos de comprender qué conjuntos de neuronas pertenecen juntos y están asociados con un comportamiento particular», dice Lee. «En otras palabras, si quiero que el gusano gire a la izquierda, no me importa una neurona en particular, probablemente me importen varias neuronas diferentes».

Experimentando con un sistema neuronal simple

Lee y su equipo estudian el gusano como ejemplo, ya que su sistema neuronal simple proporciona una base sólida para comprender los mecanismos del cerebro de los animales superiores, como los humanos. Los investigadores desarrollaron un modelo matemático para la actividad neuronal colectiva. Luego realizaron un experimento in silico con pequeñas perturbaciones neuronales que pueden desencadenar respuestas de comportamiento y pueden replicarse en un ensayo científico.

«La idea es que si puede, en un modelo, empujar cada una de las neuronas de diferentes maneras, puede medir cómo cambia el comportamiento. Y si el comportamiento cambia, por ejemplo, con más fuerza cuando dos neuronas se juntan, entonces de alguna manera, estas dos neuronas forman un conjunto y no son independientes entre sí», explica Lee.

Futuras investigaciones en neurociencia

Lee dice que los resultados apuntan a neuronas interesantes que pueden usarse como punto de partida para la investigación neurocientífica. El estudio, que analizó alrededor de 50 neuronas en el sistema nervioso de C. elegans, sugiere que hay un puñado de neuronas «fundamentales» que están asociadas con una gran respuesta en las estadísticas. «Podría ser una buena idea observar esas neuronas», dice Lee.

«Saber que una neurona está implicada en un comportamiento específico no te dice lo que hace. Algunos de los resultados experimentales no indican que una neurona estuvo necesariamente involucrada en un comportamiento de una manera importante, por ejemplo», dice Lee. Cuando múltiples neuronas están involucradas en un comportamiento particular, puede ser interesante investigar cómo funcionan juntas o entre sí.

El documento plantea varias hipótesis nuevas sobre cómo el control del comportamiento podría centralizarse en células neuronales particulares. «Estamos proponiendo un marco teórico para hacer estas preguntas y hacer predicciones», concluye Lee, y agrega que espera que los experimentos las respondan en los próximos años.

El estudio, «Descubriendo estrategias de control disperso en la actividad neuronal», de Edward D. Lee, Xiaowen Chen y Bryan C. Daniels, se publica en Biología Computacional PLoS.