Entre el orden y el caos: muchos grados de separación en las redes de los cerebros con demencia - principal


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Se podría esperar que el cerebro de una persona con un trastorno mental sea desorganizado. Pero la naturaleza de la desorganización es lo que es importante, una conclusión que un día podría ayudar a un diagnóstico precoz de los diferentes tipos de demencia

Ya sabemos que las diferentes regiones de un cerebro sano están unidas en lo que se llama una “red de pequeño mundo” en topología de redes, algo que hace que la comunicación sea muy eficiente. En las personas con Alzheimer u otros tipos de demencia, sin embargo, la historia es diferente.

En esta “red de pequeño mundo” —algo que también emerge, por ejemplo, en las redes sociales—, cada nodo está conectado a una gran cantidad de nodos cercanos, pero también tiene algunos enlaces con los distantes. Debido a esto, cualquier nodo puede comunicarse con casi cualquier otro con sólo unos pocos saltos.

Esto puede explicar la formidable capacidad del cerebro de procesar masas de información con rapidez. “Un pequeño mundo, en términos teóricos, es la red óptima”, dice Willem de Haan, de la VU University Medical Center en Amsterdam, Países Bajos.

El equipo de De Haan utiliza electrodos en el cuero cabelludo para medir la actividad cerebral de los voluntarios, de los cuales 20 tenían de leve a moderada enfermedad de Alzheimer, 15 tenían una rara forma de demencia llamada demencia del lóbulo temporal frontal (FTLD), y 23 estaban sanos. Los investigadores descubrieron la estructura de red subyacente en los cerebros de los voluntarios por la actividad eléctrica en diferentes regiones a lo largo del tiempo.

En los cerebros sanos, esta estructura se parecía a una pequeña red mundial, como se esperaba. En las personas con enfermedad de Alzheimer, los nodos estaban conectados de forma aleatoria y, en FTLD, la red era más ordenado, con menos enlaces de larga distancia. Los investigadores creen que en los dos casos anormales las redes del cerebro serían menos eficientes para el intercambio de información, y que esto podría explicar algunos de los problemas cognitivos que sufren las personas con estos trastornos (BMC Neuroscience, DOI: 10.1186/1471-2202-10-101 ).

Aunque el cerebro se daña en todas las formas de demencia, ha sido difícil de vincular la cuantía de la atrofia con la gravedad de los síntomas, o explicar por qué los problemas cognitivos pueden ir y venir. La comparación de la gravedad de los síntomas con el grado en que se diferencia la organización del cerebro de una red de pequeño mundo podría ayudar a explicar mejor las anomalías, dice De Haan.

Además, dice, estas diferencias en la organización del cerebro podrían ayudar algún día a comenzar a distinguir entre las diferentes formas de demencia, que pueden ser similares en el inicio, pero divergen considerablemente más tarde.

Andreas Meyer-Lindberg, del Instituto Central de Salud Mental en Mannheim, Alemania, está de acuerdo en que la interrupción de una organización óptima del cerebro es “muy probablemente relacionado con el deterioro cognitivo observado en la demencia”.

Meyer-Lindberg también señala que los últimos resultados están en resonancia con las conclusiones anteriores de que el cerebro trabaja en la frontera del orden y el caos. En 2006 su equipo demostró que una red de pequeño mundo era la correcta para servir de respaldo a ese estado.

Habida cuenta de los resultados del Dr. De Haan, Meyer-Lindberg dice que la interrupción de la red de mundo pequeño en el cerebro que se observa en la demencia de Alzheimer inidca que estos cerebros se han alejado de este estado crítico. “En el borde del caos es donde quiere estar”, dice.

Las avalanchas y las réplicas nos ayudan a pensar

Se han observado en el cerebro despierto, por primera vez, desordenadas cascadas de actividad eléctrica conocida como “avalanchas neuronales”, lo que es una prueba más de que el cerebro oscila entre el orden y el caos.

La idea de que el cerebro funciona en este estado, conocido como “críticamente auto-organizado”, ayuda a explicar su asombrosa capacidad para procesar información. En otros fenómenos, que sí exhiben una autoorganización crítica —como los incendios forestales y terremotos—, incluso los pequeños cambios se pueden propagar rápidamente a lo largo de grandes distancias. Los neurólogos han supuesto por mucho tiempo que las cascadas de actividad eléctrica del cerebro podría obedecer al mismo principio, convirtiéndoe en la manera ideal para transmitir información. Hasta ahora, sin embargo, sólo se había observado en cultivos de tejidos o en los cerebros de ratas anestesiadas.

Para investigar más, Dietmar Plenz, del Instituto Nacional de Salud Mental en Bethesda, Maryland, implantó conjuntos de electrodos en las cortezas motora y premotora de dos monos macacos. Las señales del cerebro revelaron avalanchas con todos los signos de la auto-organización crítica.

Por ejemplo, las avalanchas siguieron una potente ley: las frecuencias de las grandes y pequeñas avalanchas tuvieron una relación específica. Aún más convincente, el equipo observó que cada avalancha fue seguida por una serie de otras más pequeñas, como las réplicas de un terremoto (Proceedings of the National Academy of Sciences, DOI: 10.1073/pnas.0904089106). Estas réplicas neuronales nunca se habían observado antes. Plenz says. “Pueden ayudar al cerebro a explorar nuevas vías para un pensamiento”, dice Plenz.

Fuente: New Scientist. Aportado por Eduardo J. Carletti

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