¿Quién manda en el cerebro? La jerarquía de las redes neuronales

• La neurociencia computacional ayuda a descifrar el funcionamiento de las redes neuronales para diagnosticar y tratar enfermedades
• Investigaciones recientes han descubierto que el cerebro es capaz de detectar la ausencia de un sentido antes de nacer y adaptarse a ello durante la gestación

El cerebro y la jerarquía de las redes neuronales

100 mil millones de neuronas conectadas a través de 100 billones de puntos. La red neuronal que forma el cerebro es una obra de ingeniería tremendamente compleja que todavía hoy esconde grandes incógnitas sobre la mente.

Hace un siglo, el científico español Santiago Ramón y Cajal revolucionó la neurociencia al enfocar sus investigaciones en el localismo, contemplando las neuronas de forma individual. Aunque fue clave para consolidar muchas teorías y establecer nuevas perspectivas, en los últimos años los expertos han confirmado que la computación es dinámica, o sea, aunque las neuronas sí son unidades propias, la configuración no se desarrolla a nivel local, sino mediante la comunicación entre millones de neuronas, distribuidas por circuitos en todo el órgano. 

De lo particular a lo general

Esta mirada local complica las investigaciones sobre el cerebro porque no tiene en cuenta todas las áreas implicadas en la transmisión de la información, perdiendo una cantidad de variables imprescindible para cualquier exploración. Pero gracias a los avances tecnológicos, en las últimas décadas ha surgido un nuevo campo interdisciplinar que permite un abordaje mucho más profundo y generalista del cerebro: la neurociencia computacional. 

Gustavo Deco y Pere Estupinyà durante el programa de 'El Cazador de Cerebros'

El director del Center of Brain and Cognition y catedrático de la Universitat Pompeu Fabra, Gustavo Deco, la define en 'El Cazador de Cerebros' como “el fin último de cualquier rama científica”. Fusionando los estudios computacionales y las neurociencias, esta rama recrea a través de modelos matemáticos las redes neuronales, aunque el cerebro es tan complejo que, para trasladar su realidad a nivel computacional, los modelos se plasman en una versión reducida, con una escala de entre cien y mil parcelas. Gracias a estos "gemelos digitales", se pueden realizar experimentos en el propio prototipo del cerebro, "in silico'', y estudiar la interacción entre los circuitos.

El objetivo principal es “medir la actividad del cerebro en distintos contextos para entender qué mecánicas y causas explican fenómenos como la percepción, la toma de decisiones, la memoria o las emociones”, apunta Deco. Y es al estudiar cómo se organizan las redes neurales que surge una cuestión: ¿quién orquesta toda esta maraña de conexiones?

Depende de las condiciones y de la complejidad de las tareas: cuando dormimos no es necesario recibir indicaciones, por lo que la jerarquía es democrática, hay una simetría en la comunicación. Lo mismo ocurre durante el resting state o estado de reposo, cuando el cuerpo está despierto pero sin realizar ninguna actividad concreta. Sin embargo, en este escenario concreto, se ha visto que la actividad neuronal es muy intensa, aunque suene paradójico por ser un momento de descanso y relajación. Y ante las labores donde interactúan distintas áreas a la vez, como al intentar recordar un número de teléfono, las necesidades comunicativas de los circuitos del cerebro hacen que alguno de ellos ejerza de director de orquesta.

Los investigadores se han encontrado incluso con alguna sorpresa, "cuando miramos la televisión, la jerarquía es aún más reducida que durante el estado de reposo. Es la demostración cuantitativa y teórica de que ver películas resulta tan placentero, porque relaja el cerebro", apunta Deco.

“Podemos detectar biomarcadores y qué mecanismos están marchando incorrectamente“

Además de responder a las preguntas básicas sobre el funcionamiento del cerebro, el estudio de las redes neuronales tiene aplicaciones translacionales interesantes en el campo de la biomedicina. Mediante técnicas de neuroimagen, Gustavo Deco ha desarrollado un proyecto para entender los mecanismos que subyacen la aparición de problemas neurológicos y trastornos mentales, comparando un modelo cerebral sin patologías con otros perfiles que presentan párkinson, el alzhéimer o el ictus, entre otros. En este contexto, “podemos ver diferencias que se utilizan como biomarcadores, más allá de la anatomía y de la funcionalidad, y detectar qué mecanismos están marchando incorrectamente”, defiende. 

Hacia una nueva psiquiatría

Aunque la neurociencia computacional se encuentra aún en un estado prácticamente embrionario, en un futuro podría incluso crear una nueva taxonomía de las enfermedades mentales, es decir, ya no basarse solo en la sintomatología sino conociendo también las redes neuronales afectadas, incluyendo tanto evidencias cualitativas como mecanísticas y abriendo nuevas ventanas terapéuticas enfocadas en la parte más biológica.