Las matemáticas amplían el conocimiento sobre el cerebro

La combinación de las versiones más modernas de análisis matemático, registros eléctricos y biofísica ha permitido al Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) diseñar una técnica capaz de visualizar la actividad de varios núcleos cerebrales a través del registro de uno de ellos interconectado a todos los demás. El hallazgo, que ha sido publicado en la revista The Journal of Neuroscience, permite realizar estas observaciones de forma simultánea y en tiempo real.

La nueva técnica desarrollada por el equipo del CSIC permite la lectura de la actividad eléctrica simultánea de varias zonas del interior del cerebro en cada una de las cuales se percibe a su vez la de otros tantos núcleos cerebrales conectados entre sí. El análisis matemático de componentes independientes, optimizado en este caso para registros intracerebrales, permite separar cada uno de estos flujos para interpretarlos de forma independiente.

El investigador del Instituto Cajal del CSIC Óscar Herreras, que ha dirigido el trabajo, compara este proceso con la grabación a través de varios micrófonos de una habitación en la que varias personas hablan simultáneamente: “Las voces serían procesadas por esta técnica matemática que devuelve el sonido de cada persona por separado de forma que su mensaje es perfectamente comprensible”.

Los resultados preliminares indican que la información entre núcleos del sistema nervioso fluye a través de ciertas cadenas preferentes de neuronas. A través de ellas, en cada instante, un grupo distinto de neuronas de cada núcleo emite un mensaje hacia otros núcleos conectados. Este continuo cambio entre los grupos de neuronas que emiten señales es el que va codificando los mensajes emitidos por el sistema nervioso.

Dado que los núcleos cerebrales están casi siempre activos, es difícil conocer su implicación en distintas funciones. Por ello, Herreras, considera “imprescindible registrar la actividad del sistema nervioso en su totalidad”.

Según Herreras, “la complejidad del funcionamiento del sistema nervioso impide que pueda ser estudiado en profundidad de forma íntegra con las técnicas actuales”. Aunque la resonancia magnética sí ofrece una imagen del cerebro completo, Herreras considera que son imágenes “muy borrosas, de mala calidad y que apenas captan una pequeña fracción de lo que realmente ocurre”.

Herreras asegura que “la velocidad de esta técnica permite obtener por primera vez en tiempo real la lectura de grandes flujos de información y averiguar qué núcleos participan en su procesamiento y en la ejecución de tareas”. El equipo ya ha iniciado una serie de experimentos con animales despiertos que permitirán “leer la actividad neuronal y asociarla a comportamientos concretos”, añade Herreras.

El investigador el CSIC concluye: “Esta aproximación ayudará, también, a detectar patrones alterados en el flujo de información en patologías neurológicas, lo que podría contribuir a identificar las regiones del cerebro donde se origina la alteración y las posibles dianas terapéuticas”.

La investigación ha contado con la colaboración de un investigador del Departamento de Matemáticas Aplicadas de la Universidad Complutense de Madrid Valeri Makarov.