Neurocientíficos crean un mapa exhaustivo de la corteza cerebral
Gracias a la resonancia magnética funcional, un equipo de investigadores ha conseguido identificar veinticuatro redes que desempeñan funciones específicas dentro de la corteza cerebral de nuestro encéfalo.
Por Anne Trafton / MIT News
Mediante el análisis de escáneres cerebrales tomados mientras las personas veían clips de películas, los investigadores del MIT han creado el mapa más completo hasta ahora de las funciones de la corteza cerebral. Crédito: Christine Daniloff, MIT / Shutterstock
Mediante el análisis de escáneres cerebrales tomados a personas mientras veían fragmentos de películas, investigadores del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT), en Estados Unidos, han creado el mapa más completo hasta la fecha de las funciones de la corteza cerebral.
Utilizando datos de resonancias magnéticas funcionales (IRMf), el equipo de investigadores ha conseguido identificar veinticuatro redes con funciones diferentes, entre las que se incluyen el procesamiento del lenguaje, las interacciones sociales, las características visuales y otros tipos de información sensorial.
Muchas de estas redes ya se habían observado antes, pero no se habían caracterizado con precisión en condiciones naturales. Mientras que en el nuevo estudio se cartografiaron redes en sujetos que veían películas atractivas, en trabajos anteriores se había utilizado un número reducido de tareas específicas o se habían examinado correlaciones en el cerebro de sujetos que simplemente estaban descansando.
«En la neurociencia está surgiendo un enfoque consistente en observar las redes cerebrales en condiciones más reales. Se trata de un nuevo enfoque que revela algo diferente de los enfoques convencionales en neuroimagen —afirma Robert Desimone, director del Instituto McGovern de Investigación Cerebral del MIT. Y añade—: No nos va a dar todas las respuestas, pero genera muchas ideas interesantes basadas en lo que vemos que ocurre en las películas y que está relacionado con estos mapas de red que emergen».
Los investigadores esperan que su nuevo mapa sirva de punto de partida para seguir estudiando qué hace cada una de estas redes en el cerebro.
Es la corteza cerebral, donde ocurren la percepción, la imaginación, el pensamiento, el juicio y la toma de decisiones. Imagen conceptual generada con Copilot
Una cartografía precisa
Desimone y John Duncan, jefe de programa de la Unidad de Cognición y Ciencias Cerebrales del MRC, en la Universidad de Cambridge, son los autores principales del estudio, que aparece en la revista Neuron. Reza Rajimehr, investigador del Instituto McGovern y antiguo estudiante de posgrado en la Universidad de Cambridge, es el autor principal del artículo.
La corteza cerebral contiene regiones dedicadas a procesar distintos tipos de información sensorial, como la visual y la auditiva. En las últimas décadas, los científicos han identificado muchas redes que intervienen en este tipo de procesamiento, a menudo utilizando la IRMf para medir la actividad cerebral mientras los sujetos realizan una única tarea, como mirar caras.
En otros estudios, los investigadores han escaneado los cerebros de las personas mientras no hacían nada o dejaban que sus mentes divagaran. A partir de estos trabajos, los investigadores han identificado redes como la red de modo por defecto, una red de áreas que se activa durante actividades de concentración interna, como soñar despierto.
Una investigación «de cine»
«Hasta ahora, la mayoría de los estudios sobre redes se basaban en resonancias magnéticas funcionales en estado de reposo —afirma Rajimehr. Y añade—: A partir de esos estudios, conocemos algunas redes principales del córtex. Cada una de ellas es responsable de una función cognitiva específica, y han tenido una gran influencia en el campo de la neuroimagen».
Sin embargo, durante el estado de reposo, muchas partes de la corteza pueden no estar activas en absoluto. Para obtener una imagen más completa de lo que hacen todas estas regiones, el equipo del MIT analizó los datos registrados mientras los sujetos realizaban una tarea más natural: ver una película.
«Utilizando un estímulo tan rico como una película, podemos controlar muchas regiones de la corteza de forma muy eficiente. Por ejemplo, las regiones sensoriales se activarán para procesar diferentes características de la película, y las áreas de alto nivel se activarán para extraer información semántica e información contextual —explica Rajimehr. Y continúa—: Activando el cerebro de este modo, ahora podemos distinguir distintas zonas o redes en función de sus patrones de activación».
Un algoritmo de aprendizaje automático para analizar los patrones de actividad de cada región cerebral
Los datos de este estudio se generaron en el marco del proyecto Conectoma Humano. Utilizando un escáner de resonancia magnética de 7 teslas, que ofrece mayor resolución que un escáner de resonancia magnética típico, se tomaron imágenes de la actividad cerebral de 176 personas mientras veían durante una hora fragmentos de películas que mostraban una variedad de escenas.
El equipo del MIT utilizó un algoritmo de aprendizaje automático para analizar los patrones de actividad de cada región cerebral, lo que les permitió identificar veinticuatro redes con diferentes patrones de actividad y funciones.
Algunas de estas redes se localizan en áreas sensoriales, como el córtex visual y el auditivo, como era de esperar para regiones con funciones sensoriales específicas. Otras áreas responden a funciones como las acciones, el lenguaje o las interacciones sociales. Muchas de estas redes ya se habían observado con anterioridad, pero esta técnica ofrece una definición más precisa de su ubicación, afirman los investigadores.
Redes nunca antes vistas
"Diferentes regiones compiten entre sí para procesar características específicas, por lo que cuando se mapea cada función de forma aislada, se puede obtener una red un poco más grande, porque no se ve limitada por otros procesos —dice Rajimehr. Y añade—: Pero aquí, debido a que todas las áreas se consideran juntas, podemos definir límites más precisos entre diferentes redes".
Los investigadores también identificaron redes que no se habían visto antes, incluida una en la corteza prefrontal, que parece responder muy bien a las escenas visuales. Esta red fue más activa en respuesta a las imágenes de escenas dentro de los fotogramas de la película.
Tres de las redes descubiertas en este estudio están implicadas en el control ejecutivo, y se mostraron más activas durante las transiciones entre distintos clips. Los investigadores también observaron que estas redes de control parecen tener una relación de tira y afloja con las redes que procesan características específicas, como caras o acciones. Cuando las redes específicas de un rasgo concreto estaban muy activas, las redes de control ejecutivo estaban en su mayoría quietas, y viceversa.
Regiones que procesan información social sobre caras y cuerpos
«Cuando la activación de las áreas específicas es alta, parece que no es necesaria la intervención de estas redes de alto nivel —comenta Rajimehr—. Pero en situaciones en las que quizá haya cierta ambigüedad y complejidad en el estímulo, y sea necesaria la participación de las redes de control ejecutivo, entonces vemos que estas redes se vuelven muy activas».
Utilizando un paradigma de visionado de películas, los investigadores estudian ahora con más detalle algunas de las redes identificadas, para detectar subregiones implicadas en tareas concretas. Por ejemplo, dentro de la red de procesamiento social, han encontrado regiones específicas para procesar información social sobre caras y cuerpos. En una nueva red que analiza escenas visuales, han identificado regiones implicadas en el procesamiento de la memoria de lugares.
«Este tipo de experimentos consiste realmente en generar hipótesis sobre cómo está organizada funcionalmente la corteza cerebral —afirma Desimone. Y concluye—: Las redes que surgen durante el visionado de películas necesitan ahora un seguimiento con experimentos más específicos para poner a prueba las hipótesis. Nos está dando una nueva visión del funcionamiento de todo el córtex durante una tarea más naturalista que estar sentado en reposo». ▪️
Artículo publicado con la autorización de MIT News
