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1 de Septiembre de 2019
Neurociencia

De las redes neuronales a la mente

La neurociencia de redes estudia la emergencia de la actividad mental a partir de la configuración de las conexiones nerviosas en el cerebro.

MARK ROSS STUDIOS

En síntesis

¿Cómo logra el cerebro hacer de nosotros quienes somos? Los esfuerzos por responder a esta cuestión han dado lugar al nuevo campo de la neurociencia de redes, que utiliza una rama de las matemáticas, la teoría de grafos, para modelizar las conexiones del cerebro que nos permiten leer, calcular o, simplemente, sentarnos y tamborilear con los dedos.

La teoría de grafos, que también se utiliza en química, física y lingüística, modeliza las rutas físicas que construyen las redes funcionales a partir de las cuales surgen nuestras capacidades cognitivas, ya sean la visión, la atención, o bien el autocontrol.

Al ir conociendo las redes con un nivel de abstracción cada vez mayor, los investigadores han comenzado a estrechar la brecha que existe entre la materia y la mente. Los beneficios prácticos conllevarían una nueva forma de diagnosticar y tratar trastornos como la depresión.

La vida está dominada por las redes. Carreteras, ferrocarriles, rutas marítimas y vuelos comerciales constituyen redes intrincadas que utilizamos diariamente. Existen incluso más allá de nuestra experiencia inmediata. Pensemos en Internet, en la red eléctrica y en el universo, donde la Vía Láctea no es más que un nodo infinitesimal en una red de galaxias aparentemente ilimitada. Sin embargo, pocos sistemas de conexiones interactivas tienen la complejidad que alberga nuestro cerebro.

La importancia de la neurociencia está creciendo en estos últimos años a medida que nos hemos ido familiarizando con las neuroimágenes, cuyos ostentosos colores nos muestran las regiones del cerebro que se activan durante una tarea mental. Así tenemos, por ejemplo, el lóbulo temporal, la región cerca del oído que interviene en la memoria, y el lóbulo occipital, que se encuentra en la parte posterior de la cabeza y se encarga de la visión.

Pero en este conocimiento sobre el funcionamiento del cerebro humano se echa en falta la manera en la que interaccionan todas las regiones del órgano para hacer de nosotros quienes somos. En nuestro laboratorio y en otros se ha tomado prestado el lenguaje de una rama de las matemáticas, denominada teoría de grafos, para analizar, sondear y predecir las interacciones complejas del cerebro. Se pretende así estrechar la aparentemente inmensa brecha existente entre el frenesí de la actividad eléctrica neuronal y una serie de tareas cognitivas, como sentir, recordar, tomar decisiones, aprender nuevas habilidades e iniciar el movimiento. Este nuevo campo de la neurociencia de redes se cimienta, y refuerza, en la idea de que determinadas regiones del cerebro llevan a cabo actividades definidas. En el sentido más fundamental, lo que el cerebro es (y, por tanto, lo que somos como seres conscientes) queda definido, de hecho, por una extensísima red de 100 mil millones de neuronas con al menos 100 billones de conexiones, o sinapsis.

La neurociencia de redes pretende capturar esta complejidad gracias a que podemos modelizar los datos aportados por las neuroimágenes como un grafo compuesto por nodos y enlaces. En un grafo, los nodos (también llamados vértices) representan las unidades de la red, como las neuronas o, en otro contexto, los aeropuertos. Los enlaces (o aristas) sirven para conectar los nodos —pensemos en las sinapsis entre neuronas o en las rutas aéreas de los aviones—. En nuestro trabajo, el cerebro humano se reduce a un grafo de unos 300 nodos. Las distintas regiones se comunican entre sí mediante enlaces correspondientes a las conexiones estructurales del cerebro, unos enormes manojos de «cables» que constituyen la materia blanca. Esta descripción como una red unificada ya ha proporcionado una imagen más clara del funcionamiento cognitivo, y desde un punto de vista más práctico, también ha mejorado el diagnóstico y el tratamiento de los trastornos psiquiátricos. Como apuesta de futuro, el conocimiento de las redes cerebrales nos ayudaría a mejorar los programas de inteligencia artificial, los nuevos fármacos y las técnicas de estimulación eléctrica para corregir el mal funcionamiento de los circuitos neuronales en la depresión y, quizá también, desarrollar genoterapias para las enfermedades mentales.

La música de la mente

Para conocer la dependencia de las redes que tienen nuestras capacidades cognitivas, consideraremos la analogía de una orquesta que toca una sinfonía. Hasta hace poco, la mayoría de los neurocientíficos estudiaban el funcionamiento de cada una de las regiones del cerebro por separado, el equivalente neuronal de separar los metales, la percusión, las cuerdas y los instrumentos de viento. Pero esta estratificación no es más que una estrategia de los tiempos de Platón en la que, en términos muy simples, se descompone la naturaleza por las juntas y luego se estudian cada uno de los componentes que quedan.

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