Les neurones d'alta freqüència determinen la connectivitat efectiva en xarxes neuronals
15 de gener de 2018
Entendre com es guia i processa la informació al cervell és clau a l'hora d'entendre’n el funcionament. Aquesta no és, no obstant això, una tasca fàcil: milers de milions de neurones el formen, cadascuna amb les seves pròpies connexions, formant un entramat extremadament complex. Una dificultat afegida és el fet que els canals d'informació no són estàtics; les connexions entre neurones van canviant, algunes s’enforteixen mentre que altres s'afebleixen.
Un estudi internacional, en el qual ha participat un investigador de l'Institut de Física Interdisciplinària i Sistemes Complexos (IFISC-UIB/CSIC), ha plantejat un model de simulació neuronal en el qual s'analitza com aquestes connexions dinàmiques poden anar variant dirigides internament pel propi comportament de les neurones.
Per a això, varen simular una xarxa interconnectada d'onze poblacions neuronals, formades per cent neurones cadascuna. El sistema inicialment es planteja homogeni, és a dir, totes les neurones polsen (emeten impulsos elèctrics) amb la mateixa freqüència. D'aquesta forma les connexions entre nodes són simètriques i bidireccionals, per la qual cosa la informació pot transmetre's tant de A a B com de B a A.
No obstant això, aquesta homogeneïtat es trenca, i això fa que un dels nodes polsi a una freqüència major. Aquesta pertorbació local és detectada per la resta de nodes i provoca una sèrie de canvis als canals de transmissió de la informació, les connexions entre nodes. El node que polsa a alta freqüència passa a influir en la direcció de propagació dels senyals neuronals, i canvia la connectivitat efectiva de tota la xarxa. És a dir, la dinàmica global de la xarxa neuronal passa a ser dirigida per la dinàmica interna d'un dels nodes, sense haver-se produït cap canvi estructural de la xarxa. Aquest fet té conseqüències en la connexió efectiva total de la xarxa: per exemple, el node «director» podrà transmetre més fàcilment informació a altres nodes distants fins i tot sense connexions directes. A més, podrà determinar una direcció de transmissió de la informació fins i tot quan les connexions són bidireccionals i simètriques. El node «director» passarà a governar la dinàmica de tota la xarxa únicament activant-se més ràpid. El treball conclou que qualsevol node de la xarxa neuronal pot exercir el paper de «director» si augmenta la seva freqüència de pols, encara que a priori pot ser que sigui un node poc connectat amb la resta. Es varen obtenir resultats similars en una xarxa que representa una àrea cortical real.
L'estudi
suposa una aproximació a entendre com els canals de transmissió d'informació
del cervell canvien, i com la dinàmica local d'un conjunt de neurones pot
afectar la dinàmica global de la xarxa total. Els investigadors conclouen que
els resultats obtinguts poden ser generalitzats a xarxes amb una major
complexitat.
Pariz, A.; Esfahani Z. G.; Parsi, S. S.; Valizadeh, A.; Canals, S.; Mirasso, C. R. High frequency neurons determine effective connectivity in neuronal networks. Neuroimage, 2017. DOI: 10.1016/j.neuroimage.2017.11.014
