Captura de un primer plano de la conectividad cortical

El cerebro está formado por una serie compleja de redes: las señales rebotan constantemente entre esas redes para permitirnos experimentar el mundo y movernos por él de manera efectiva.

Comprender cómo se organizan las redes cerebrales es clave para descubrir cómo funcionan. Los científicos han aprendido que la actividad cerebral en reposo, mientras se está sentado en silencio, puede proporcionar mapas aproximados de la organización de la red. Pero los mapas generados con este enfoque pierden detalles críticos. Un mapa de calles equivalente ayudaría a un peatón a navegar de un vecindario a otro, pero ofrecería poca ayuda para llegar a un destino más específico.

Una nueva investigación de la Universidad de Pittsburgh muestra que es posible generar mapas detallados con un nuevo método de imágenes que ofrece alto contraste y alta resolución espacial. El estudio realizado en monos muestra que la imagen óptica de señal intrínseca (ISOI) puede revelar la arquitectura cortical con mayor detalle que el visto previamente en cerebros vivos.

La resonancia magnética funcional (fMRI) es la principal herramienta para que los médicos e investigadores observen las redes cerebrales. El procedimiento no es invasivo y dura unos 30 minutos. La observación de las redes cerebrales de esta manera sirve a una variedad de intereses, desde la investigación básica, como comprender la evolución del cerebro entre especies, hasta la fisiopatología cerebral de huellas dactilares, como en la demencia o el autismo. ISOI tiene mucho en común con fMRI, pero el detalle es mucho más rico, lo que importa considerablemente dado el tamaño relativamente pequeño de las redes cerebrales.

«Nuestro enfoque se centró en estudiar las conexiones entre las áreas motoras y sensoriales del cerebro. Por ejemplo, las zonas que controlan el movimiento de la mano se conectaron con las que controlan el movimiento del brazo y la sensación de la mano», explicó Nicholas Card, autor principal y estudiante graduado de bioingeniería en la Escuela Swanson. de Ingeniería. «Este tipo de conexiones son fundamentales para la forma en que el cerebro genera movimientos hábiles. Si puede comprender cómo se supone que se ven estas conexiones en un sujeto sano, puede identificar la base neuronal de la discapacidad».

El avance más importante que trae ISOI es que proporciona una imagen precisa de la actividad de la red cerebral en sujetos vivos. Se puede lograr el mismo nivel de precisión con métodos que requieren que los investigadores extraigan el cerebro del animal que estaban estudiando y lo examinen a través de un microscopio. Por el contrario, ISOI deja el cerebro intacto, lo que significa que los investigadores pueden examinar cómo funcionan las redes en situaciones de la vida real, como aprender una nueva habilidad motora.

Otra característica importante de ISOI es que se basa en la hemoglobina, que se encuentra en la sangre de humanos y animales por igual. No se necesitan trazadores, tintes o indicadores, lo que hace que esta herramienta sea versátil y adecuada para muchas especies, incluidos los humanos.

«Comparamos los resultados de ISOI con los estándares de oro en el campo, incluidos los trazadores anatómicos, la microestimulación y las imágenes. Encontramos una correspondencia notable entre ISOI y los otros métodos», dijo el coautor Omar Gharbawie, profesor asistente de neurobiología con un nombramiento secundario en el Departamento de Bioingeniería.

«Esta es una herramienta emocionante para examinar la conectividad cerebral en animales vivos y muestra que las fluctuaciones espontáneas se pueden informar con gran precisión para la organización de redes. Nuestros hallazgos también muestran que el cerebro revela su arquitectura en detalle granular, incluso cuando está inactivo». en reposo.»

El artículo, «La conectividad cortical está incrustada en estado de reposo con resolución columnar», se publicó en la revista Avances en Neurobiología.