El Cedazo

“El mundo, tal como lo percibimos, es nuestra propia invención.“

Hans von Foerster, científico cibernético y filósofo.

“La percepción se convierte en un acto de procreación,

en el cual las expectativas perceptivas, cognitivas, afectivas y socioculturales

conspiran para inventar la “mejor suposición” cerebral de las causa de las señales sensoriales.“

Anil Seth, profesor de neurociencia cognitiva y computacional.

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Acabamos la entrada anterior de esta serie sobre el conectoma cerebral con la siguiente afirmación: El análisis del estado en “modo por defecto” de nuestro cerebro nos ha permitido encontrar que tal suigéneris modo operativo se extiende sobre varias regiones. Ya comentamos que en este modo de funcionamiento determinadas zonas cerebrales modulan sus actividades según un patrón de ondas de periodo en el entorno de las pocas decenas de segundo. Dijimos también que estas ondas de actividad pueden ser detectadas mediante técnicas de resonancia magnética siguiendo los patrones de variación del oxígeno sanguíneo (IRMf-BOLD) (ver siguiente figura).

Correlación de las señales ondulantes en estado de reposo de varias zonas cerebrales. Se observa una clara correlación entre las regiones amarilla y naranja y una perfecta anti-correlación de las mismas con la azul (Imagen a partir de “The human brain is intrinsically organized into dinamic, anticorrelated functional networks”, figura 1, Michael D. Fox et al., PNAS julio 2005, fair use)

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En las dos entradas anteriores, ésta y esta otra, de nuestra serie hemos intentado describir al conectoma físico cerebral bajo el enfoque del análisis que plantea la teoría de redes. Hemos hecho hincapié en lo que nos dice la teoría acerca de la arquitectura estructural, lo que nos llevó de la mano a conceptos y características que se definen como de “mundo pequeño”, de los “concentradores” o “hub’s”, de los “clubs de ricos” y de las relaciones económicas dentro de las redes complejas que se concretaban en algo así como un mercadeo equilibrado entre los recursos constructivos cerebrales y la eficacia en la comunicación neuronal. De la teoría pasamos también a la realidad de los estudios directos anatómicos y funcionales del cerebro que, efectivamente, nos corroboraban la existencia de este tipo de estructuras en el sistema nervioso.

Un marco conceptual que considera a la “dinámica de la comunicación” como el vínculo necesario entre los dominios de la conectividad estructural y de la funcional. (Imagen de“Communication dynamics in complex brain networks”, figura 1, Andrea Avena-Koenigsberger, Bratislav Misic y Olaf Sporns, Reviews Neuroscience, diciembre 2017, fair use)

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En la entrada anterior de esta serie sobre el Conectoma cerebral se hizo un somero análisis acerca de las redes y su posible estudio, todo desde un punto de vista teórico muy global. En la entrada de hoy seguiremos lo que dejamos como un paréntesis abierto e intentaremos ampliar esas ideas generales y sus consecuencias, para después proyectarlas a las redes de nuestro cerebro.

En relación al estudio de las redes del cerebro los analistas se encuentran con un variado listado de problemas de base: uno de ellos es la variabilidad estructural de los patrones de conexión^[1]; otro, su constante remodelado gracias a su plasticidad; también la dificultad a la hora de valorar la fortaleza de las conexiones individuales; por no hablar de que no hay dos cerebros humanos iguales en los que encontramos variaciones a todas las escalas; o la propia naturaleza multi-escala de la arquitectura de la conectividad cerebral… y aunque se haya comprobado que desde un punto de vista de sistema ningún nivel de escala ocupa una posición privilegiada en la jerarquía de la actividad, y que todos los procesos a cualquier escala contribuyen en las propuestas funcionales generales que se observan en la cognición o el comportamiento, quizás esa falta de jerarquización, que dibuja un comportamiento superpuesto y mezclado de los módulos de la red, sea una complicación más en el estudio de la actividad.

Características básicas de una red. El grado del nodo (degree) es simplemente el número de aristas unidas a un nodo determinado. El coeficiente de agrupamiento (clustering) expresa la medida en que los vecinos topológicos de un nodo están conectados entre sí. La longitud del camino más corto corresponde a la distancia (topológica, no métrica) entre dos nodos. La red del ejemplo, a la derecha, puede descomponerse en dos módulos principales que están interconectados por un solo nodo central o hub (Imagen a partir de “The Non-Random Brain: Efficiency, Economy, and Complex Dynamics”, figura 2, Olaf Sporns, Frontiers in Computational Neuroscience, febrero 2018, fair use)

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1. Ya hablamos de ello en otras entradas de esta serie, ésta y esta otra. [↩]

Hasta ahora, y a lo largo de esta serie, al observar los patrones de funcionamiento del cerebro hemos visto cómo la idea de una red cerebral se iba abriendo paso. En las dos entradas anteriores, la 07 y la 08, explicamos las tres escalas en que se divide la topología de esta red y presentamos un esbozo de su anatomía. En la entrada de hoy vamos a dar un paso hacia la teoría de redes para ver qué es lo que aporta a la definición de un conectoma físico, funcional y efectivo.

Lo que parece ser la primera publicación histórica, de 1735, relacionada con la teoría de grafos. Se trata de un estudio de Leonhard Euler acerca del problema de “Los siete puentes de Köningsberg” (Imagen a partir de “Solutio problematis ad geometriam situs pertinetis”, The Euler Archive, publication, St Petesburg Academy Publications, Comentarii, Volume 8, E53, dominio público)

El diálogo entre estructura y dinámica es una cualidad central en muchas redes complejas cuya conectividad va cambiando y evolucionando con el tiempo, siguiendo los múltiples focos de presión selectiva y de adaptación. En el cerebro sucede lo mismo: la dinámica del mapa “social” del conectoma físico, el “conectoma en movimiento”, convierte la estructura del cerebro en funcionalidad. Sigue leyendo ›

En la entrada anterior de esta serie introdujimos la idea de que el conexionado cerebral trabaja en varias escalas: la micro, la macro y la meso. Nos dio tiempo a comentar el mundo micro, en especial lo referente a las sinapsis. Hoy debemos continuar, y lo vamos a hacer comenzando con el conectoma a vista macro. Aunque para que la ligazón sea más visible y continúe la misma música, os llevo a eso… a un mundo de música ¡dendrítica! Un miembro de una afamada familia musical española, Pablo Toharia Rabasco, ingeniero informático y músico,^[1] tuvo la idea de escribir una partitura musical a partir del tamaño, longitud y distribución de las espinas dendríticas. En sus propias palabras: “Demostramos que el análisis de audio de dendritas espinosas con morfología aparentemente similar puede “sonar” bastante diferente, revelando sustratos anatómicos que no son evidentes a partir de una simple inspección visual.”^[2] Y este es el resultado:

Fragmento de partituras de la música escondida en una dendrita del córtex cingulado de un hombre de 40 años y en la de un hombre de 85 años. Las dos son distintas. (Imagen de ”Musical Representation of Dendritic Spine Distribution: A New Exploratory Tool“, figura 6, Pablo Toharia Rabasco et al., Neuroinformatics, 2014, fair use)

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1. Le acompañaron en su aventura unos cuantos colegas de la Universidad Rey Juan Carlos de Madrid: Juan Morales, Octavio de Juan, Isabel Fernaud, Ángel Rodríguez y Javier DeFelipe. [↩]
2. “Musical Representation of Dendritic Spine Distribution: A New Exploratory Tool“, Neuroinformatics, 2014. [↩]