La arquitectura del cerebro de cada persona es única, y las diferencias pueden influir en la rapidez con que las personas pueden completar diversas tareas cognitivas.
Pero cómo la neuroanatomía afecta el rendimiento es en gran medida una pregunta abierta.
Para obtener más información, los científicos están desarrollando una nueva herramienta, modelos computacionales del cerebro, para simular cómo la estructura del cerebro puede afectar la actividad cerebral y, en última instancia, el comportamiento humano. La investigación se centra en la interconectividad dentro del cerebro, observandoen cómo las diferentes regiones están vinculadas e interactúan entre sí rasgos que varían entre los individuos.
En un estudio inicial de prueba de concepto, un equipo dirigido por la matemática de la Universidad de Buffalo, Sarah Muldoon, encuentra que este enfoque es prometedor para comprender la interacción entre la estructura del cerebro y el rendimiento en tareas relacionadas con el lenguaje. La investigación fue publicada en PLOS Biología Computacional el 17 de octubre
"Estamos creando estos modelos personalizados de redes cerebrales para comprender lo que está haciendo el cerebro, en función de la conexión entre las diferentes regiones del cerebro de una persona", dice la primera autora Kanika Bansal, investigadora postdoctoral que trabaja conjuntamente en la UB, laLaboratorio de Investigación del Ejército de EE. UU. ARL y Universidad de Columbia.
"Modelos como este son herramientas poderosas porque nos permiten realizar experimentos 'in silico' para comprender la función cerebral de manera personal", agrega Muldoon, PhD, profesor asistente de matemáticas en la Facultad de Artes y Ciencias de la UB y una facultadmiembro de los programas de ciencia e ingeniería computacional y habilitados para datos y neurociencia de la UB.
El poder de un modelo de cerebro personalizado
En el nuevo estudio, los investigadores crearon modelos matemáticos basados en datos de los cerebros individuales de 10 personas basados en imágenes de espectro de difusión que capturan el cableado estructural de los cerebros reales de los sujetos.
Los científicos luego usaron los modelos para aprender sobre el cerebro de cada persona, incluyendo :
La investigación identificó algunas relaciones entre estas características del cerebro y la rapidez con que las personas pudieron llevar a cabo tres tareas exigentes en el lenguaje: decir el primer verbo que se les ocurrió cuando se les presentó un sustantivo; completar una palabra faltante en una oración; y leer un gran número. Cada participante completó cada actividad varias veces antes y después de recibir estimulación magnética transcraneal en la circunvolución frontal inferior izquierda.
Aunque pequeño, el estudio demuestra el potencial del modelado basado en datos para aprender sobre el vínculo entre la estructura del cerebro y el desempeño de la tarea.
Posibles aplicaciones en el tratamiento de enfermedades, mejorando el rendimiento
El desarrollo de modelos personalizados de actividad cerebral no solo podría mejorar la investigación en neurociencia, sino también estimular los avances en el uso de la estimulación cerebral para tratar enfermedades o mejorar el rendimiento humano en diversas tareas.
"Es importante crear formas biológicamente inspiradas para predecir las respuestas individuales a la estimulación cerebral", dice el coautor John Medaglia, PhD, profesor asistente de psicología en la Universidad de Drexel y profesor asistente adjunto de neurología en la Universidad de Pensilvania ".La idea aquí es que podemos examinar la actividad compleja en las redes cerebrales de cada persona. Luego, podemos definir medidas relativamente simples que están fuertemente relacionadas con el rendimiento en el mundo real. Este equilibrio entre simular procesos complejos y hacer predicciones simples es necesario para impulsar la investigación de estimulación cerebraladelante."
"El Ejército tiene el desafío de crear sistemas de Soldados a gran escala para los miles de militares que protegen a nuestros civiles en todo el mundo", dice el coautor Jean Vettel, PhD, líder científico de ARL que también está afiliado a laUniversidad de Pensilvania y Universidad de California, Santa Bárbara ", y esto significa que los sistemas deben diseñarse para las habilidades más generales entre los soldados. Como se ejemplifica en este trabajo, la investigación de ARL se esfuerza por encontrar nuevos enfoques para cuantificar sólidamente las diferencias entre los soldados en unde manera que permitiría el desarrollo de sistemas individualizados para capitalizar la experiencia única de cada soldado ".
Tanto en el tratamiento médico como en la realización de tareas, comprender los cerebros de las personas, en oposición al cerebro humano en general, podría tener beneficios, dicen los autores. Esto se debe a que las variaciones en la arquitectura y la función del cerebro pueden influir en cómoórgano responde a la neuroestimulación, lo que lleva a diferentes resultados para diferentes personas.
Danielle Bassett, miembro de la facultad Eduardo D. Glandt y profesora asociada de bioingeniería e ingeniería eléctrica y de sistemas en la Universidad de Pensilvania, contribuyó al estudio. También está afiliada a los departamentos de neurología, física y astronomía de la Universidad de Pensilvania.
La investigación fue financiada por fondos de la misión a ARL, con ciertos autores apoyados por la Fundación MacArthur, la Fundación Alfred P. Sloan y el Instituto Nacional de Salud Mental.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Buffalo . Original escrito por Charlotte Hsu. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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