Descubren que el traspaso de información cerebral depende de turbulencias

Neuocientíficos de las universidades Pompeu Fabra (UPF) de Barcelona, de Indiana (EEUU) y de Oxford (Reino Unido) han descubierto que la transferencia eficiente de información a todo el cerebro depende de la turbulencia.

El estudio, dirigido por el Centro para el Cerebro y la Cognición (CBC) de la UPF y el Centro para la Eudaimonia y la Florescencia Humana de la Universidad de Oxford y que publica la revista 'Nature Communications Physics', ha medido directamente con magnetoencefalografía la turbulencia en la dinámica cerebral neuronal rápida.

Según los investigadores Gustavo Deco (CBC-UPF), Samuel Liebana Garcia (Universidad de Oxford), Yonatan Sanz Perl (CBC-UPF), Olaf Sporns (Universidad de Indiana) y Morten L. Kringelbach (Universidad de Ofxord), el nuevo hallazgo fundamental de la turbulencia como clave para el procesamiento de la información en el cerebro humano puede utilizarse para construir nuevos biomarcadores de enfermedades.

La turbulencia es un fenómeno que se asocia principalmente a remolinos o con la aeronáutica, pero es un principio fundamental de la naturaleza que proporciona las propiedades de mezcla óptimas, lo que permite la transferencia eficiente de energía e información en el espacio y el tiempo.

Los científicos ya habían demostrado que la turbulencia es la forma óptima de enviar energía en cascada a través del espacio y el tiempo a muchas escalas y, como tal, es un principio organizador fundamental de los sistemas físicos.

Según ha explicado Deco, la nueva medida que han desarrollado de "metaestabilidad local mide los cambios en los movimientos dinámicos continuos de los flujos eléctricos de las neuronas en una escala espacial y temporal y constituye el nuevo biomarcador para detectar enfermedades neuropsiquiátricas o para diferenciar distintos estados cerebrales".

"En este estudio, hemos creado una nueva perspectiva para analizar la dinámica cerebral, que permite generar nuevos biomarcadores potencialmente útiles en neuropsiquiatría", ha asegurado Deco, que ha resaltado que los resultados aportan nuevos conocimientos sobre cómo la turbulencia y la termodinámica son los principios clave que permiten que el cerebro funcione.

Según los investigadores, crear esta nueva unidad de medida ha sido "fundamental" para poder estudiar con mayor precisión que en investigaciones anteriores como la información y la energía se transmiten de forma eficiente dentro del cerebro a través de turbulencias neuronales.

Anteriormente, la turbulencia se había medido mediante resonancia magnética funcional, que es una medida indirecta y lenta de la actividad neuronal, dependiente de los niveles de oxigenación en la sangre, y no mide directamente las señales eléctricas de las neuronas y las captura con retraso por el tiempo que tarda la sangre en responder a las señales cerebrales.

Este estudio es el primero que ha mostrado la turbulencia en dinámicas rápidas de todo el cerebro gracias a la técnica de la magnetoencefalografía (MEG), que mide directamente las señales eléctricas de las neuronas en milisegundos, capturando escalas de tiempo rápidas de la dinámica cerebral, y no en segundos como hacía la resonancia magnética funcional.

Los investigadores aplicaron este nuevo sistema de medida a la actividad cerebral en las regiones corticales de 89 personas sanas, en las que han demostrado que la turbulencia cerebral es fundamental para transmitir información y energía de forma eficiente dentro del cerebro tanto en el espacio como en el tiempo.

Ahora, los investigadores se planean probar este nuevo biomarcador sensible basado en la turbulencia también en regiones subcorticales, que son regiones del cerebro importantes en las causas del Parkinson o la enfermedad de Huntington, lo que podría servir para avanzar más en el diagnóstico temprano y la posible prevención o tratamiento de estas enfermedades.