Uso de modelos computacionales para descifrar funcionamiento del cerebro
La Dra. Mónica Otero, de la Facultad de Ingeniería, Arquitectura y Diseño, investiga cómo el cerebro responde a distintos tipos de estimulación y cómo este conocimiento se puede utilizar para, a futuro, mejorar el funcionamiento de redes neuronales dañadas por enfermedades neurodegenerativas o neurológicas, envejecimiento natural, entre otros.
Los seres humanos tenemos aproximadamente 86.000 millones de neuronas en el cerebro, entrelazadas por unos 100 billones de conexiones o sinapsis. Entender en detalle cómo funcionan esas células, y más aún, cómo se unen para conformar nuestros sistemas sensoriales, nuestro comportamiento y nuestra consciencia, es uno de los grandes desafíos de la ciencia.
¿Cómo el cerebro procesa la información? ¿Cómo se comunican las neuronas entre sí? ¿Cómo cambia el cerebro con las enfermedades o el envejecimiento? Son algunas de las interrogantes por descifrar. Mónica Otero Ferreiro, Doctora en Ingeniería Electrónica e investigadora de la Facultad de Ingeniería, Arquitectura y Diseño, aborda estos enigmas desde la neurociencia computacional, utilizando herramientas y teorías matemáticas.
“Sobre la base de ciertas premisas del comportamiento cerebral, los modelos matemáticos que desarrollamos nos ayudan a determinar qué ocurre cuando se somete al cerebro a ciertos estímulos”, explica la académica. En concreto, qué pasa cuando a una persona se le presentan estímulos sensoriales -como luces o ruidos- de manera reiterada.
Resultados
Entre los resultados obtenidos destaca un estudio en el que se expuso a los participantes a flashes de luz repetitivos, donde pudo observar que el cerebro se sincroniza con esa estimulación. “Las ondas cerebrales del área estimulada -en este caso, relacionadas con la corteza visual- comienzan a tener el mismo ritmo que las señales del estímulo lumínico”, puntualiza la Dra. Otero.
Más aún, se vio que al retirar los flashes, el cerebro mantiene la misma dinámica durante un tiempo finito; una persistencia que puede relacionarse con que el cerebro hace predicciones de lo que va a suceder a continuación. En este sentido, la Dra. Otero recalca que es importante en qué momento, o en qué fase, se retiran los estímulos.
“Estos resultados están alineados con teorías que indican que las ondas cerebrales representan ciclos de excitación e inhibición; es decir, hay momentos en que el cerebro está más preparado para procesar la información que recibe”, agrega.
El gran objetivo de este tipo de estudio y el desarrollo de modelos en base a los datos obtenidos es, a futuro, utilizar esta información para intentar recuperar la funcionalidad de redes neuronales dañadas a causa de enfermedades neurológicas, neurodegenerativas o simplemente envejecimiento.
Proyecciones
Otras herramientas para este trabajo son los registros electrofisiológicos (electroencefalografía, en particular) que permiten medir los cambios en la actividad eléctrica del cerebro humano en determinadas condiciones. A partir de ello, la Dra. Otero realiza el procesamiento de estas señales y extrae datos que sirven para investigar determinados procesos cerebrales. Además, modela estas señales computacionalmente en la búsqueda de posibles explicaciones a los mecanismos neuronales involucrados.
En esta línea, agrega que la neurociencia computacional puede también ser de utilidad para avanzar en tecnologías que registren la actividad cerebral de mejor manera, como también perfeccionar las metodologías de procesamiento digital de las señales para la extracción de información que pueda ser utilizada en el diagnóstico y tratamiento de patologías.
En la etapa actual de su investigación, la académica busca descubrir qué condiciones deben darse para que la dinámica cerebral -las ondas de actividad neuronal- se sintonice con los distintos estímulos de manera eficiente. Trabajando ahora con estímulos auditivos, ha logrado observar que este fenómeno de “sintonización” o adaptación ocurre de manera diferente en personas saludables y personas con patologías mentales.
“A partir del conocimiento detallado de los procesos cerebrales en condiciones normales, y qué es lo esperable en ese sentido, podría ser posible reconocer o diagnosticar patologías y realizar intervenciones tempranas en base a ello”, dice la Dra. Otero.