Investigadors de l’IFISC analitzen la importància dels retards en el flux d'informació cerebral
13 de abril de 2021
Un equip internacional i multidisciplinari d'investigadors, entre els quals hi ha científics de l’IFISC (UIB-CSIC), ha publicat un article en el qual analitza la importància dels retards de transmissió i la desintonització (detuning) de freqüències en la regulació del flux d'informació entre regions cerebrals. La recerca, publicada a la revista PLoS Computational Biology, demostra, mitjançant simulacions numèriques i arguments analítics, que la quantitat de transferència d'informació entre dues poblacions neuronals oscil·lants podria estar determinada pel retard de la connexió i el desajustament en les freqüències d'oscil·lació.
Entendre com es canalitza i processa la informació dins el cervell és fonamental per comprendre’n el funcionament. No obstant això, aquesta tasca no és senzilla, ja que el cervell és un òrgan sorprenentment complex que conté milers de milions de neurones, cada una amb les seves connexions i la seva pròpia dinàmica interna. El flux d'informació entre poblacions de neurones és possible gràcies a les interaccions sinàptiques, que fan sorgir correlacions entre l'activitat de diferents poblacions que oscil·len col·lectivament. No obstant això, és ben sabut que en les xarxes de sistemes dinàmics acoblats s’esdevenen uns certs retards, que són inherents a la complexitat amb la qual es connecten els elements del sistema. Aquests retards en el cervell són bastant heterogenis i la seva magnitud pot oscil·lar entre uns pocs mil·lisegons i desenes de mil·lisegons. No obstant això, no ha estat fins fa relativament poc temps que s'ha començat a estudiar el paper que exerceixen aquests retards en la dinàmica sinàptica.
Per comprovar el paper del retard i la desintonització de freqüències en l'eficàcia de la comunicació, els investigadors variaren el retard de la interacció i el desajustament de les freqüències naturals d'oscil·lació entre dues poblacions neuronals acoblades.
L'estudi conclou que, per a retards petits, la informació codificada en la població amb més freqüència es transmet a l'altra població. En canvi, quan la informació es codifica en la població que oscil·la a una freqüència més baixa, l'altra població és incapaç de rebre la informació. No obstant això, els investigadors afirmen que el grau i la direcció de la comunicació efectiva entre dues poblacions depenen, a més de la freqüència d'oscil·lació, del retard de la interacció. Això permet que els científics prevegin la manera com varia la comunicació eficaç entre dos oscil·ladors acoblats a mesura que canvien el retard i el desajustament de la freqüència.
Els resultats destaquen el paper clau de la corba de resposta de fase col·lectiva de les poblacions neuronals oscil·lants per caracteritzar l'eficàcia de la transmissió de senyals i la qualitat de la transferència d'informació en les xarxes cerebrals. Aquest resultat s'aplica als dos enfocaments clàssics del processament de la informació en el cervell: tant la codificació mitjançant ràtio d'activació com mitjançant codificació temporal.
Pariz, A., Fischer, I., Valizadeh, A. i Mirasso, C. (2021). Transmission delays and frequency detuning can regulate information flow between brain regions. PLoS Computational Biology 17(4), e1008129. Doi: 10.1371/journal.pcbi.1008129
