Las avalanchas neuronales son estallidos espontáneos de actividad sincronizada que se distribuyen en "clusters" de sitios s de acuerdo con una ley de potencias con un exponente cuyo valor se sitúa entre -1 y -2. Y así, dado un estallido de un tamaño s, un estallido que doblará el tamaño de aquél tendrá lugar dos veces elevado al exponente, menos frecuentemente. Siguiendo a Petermann et al. (2009), este tipo de dinámica presenta las siguientes interesantes propiedades: (a) requiere una transmisión sináptica equilibrada entre la actividad excitatoria y la inhibitoria; (b) se presenta tanto en condiciones "in vivo" como "in vitro" y (c) parece ser una propiedad intrínseca de la corteza cerebral.
Descritas en preparaciones reducidas de cerebros de ratas, nuestros autores demuestran su existencia en los cerebros de macacos rhesus despiertos. Situando electrodos en los cerebros de dos macacos y registrando su actividad durante unos 40 minutos, encuentran trenes de ondas localmente sincronizadas y correlacionadas en diferentes sitios corticales durante muchos segundos. El inicio de cada "cluster" es definido temporalmente con una variación de 4 milisegundos.
Pero ¿cuál es la verdadera causa de las avalanchas? Tagliazucchi y Chialvo (2011) subrayan que las avalanchas son estados dinámicos críticos, esto es, cascadas espaciotemporales que se extienden sobre un fractal. Las neuronas operan en un punto crítico, en contraste con un régimen supercrítico en el que cada "input" se expande de una manera explosiva a través de la red-similar a una reacción nuclear incontrolada en cadena- o un régimen subcrítico, en el que las cascadas terminan prematuramente. Si los sistemas intentan maximizar la probabilidad de vincular sitios distantes mediante cascadas, evitando una activación en masa no selectiva, podemos, pues, hablar de dinámica crítica. Parece evidente que, dado que esta condición crítica exhibe una mezcla de patrones de excitación tanto ordenados como desordenados, las redes neuronales en estado crítico han de ser capaces de generar el máximo repertorio de configuraciones dinámicas posibles. Lo que es peculiar es el patrón estadístico de comportamiento seguido por estas avalanchas. Hay muchas más avalanchas pequeñas que grandes puesto que solo suele comprometerse en este tipo de actividad, un pequeño grupo de neuronas.
¿Cuál es el origen y el significado funcional de estas avalanchas? Todavía no hemos encontrado una explicación precisa pero lo que es evidente es que el cerebro va creando y reconfigurando redes neuronales complejas con una dinámica correlacionada que responde al tráfico entre zonas (véase Chialvo, 2010, p. 5). Si observamos mediante resonancia magnética funcional el comportamiento del cerebro en reposo, desde correlaciones lineales bastante simples, las señales dependientes del nivel de oxigenación de la sangre o BOLD, reflejan unos pocos grupos neuronales emergiendo, como si de unas nubes que pasan se tratara. Lo curioso es que esta suerte de nubes visitan las mismas regiones cerebrales activadas durante cualquier tipo de conducta activa y que estas redes son identificables de forma muy consistente entre los sujetos, incluso durante el sueño o los efectos de la anestesia. Así pues, la Biología del cerebro nos muestra dinámicas colectivas emergentes que remiten a un fenómeno tal como la "criticalidad", que tanto ha sido estudiado en Física.
Entradas
6 comentarios:
A mí me lo vas a tener que explicar. ¿Cómo podrías resumir el contenido en forma algo más profana? Lo que creo entender es que surgen activaciones de ciertas áreas cerebrales "aleatoriamente". Entrecomillado porque parecen responder a o correlacionar con patrones de actividades cerebrales de actividades desarrolladas en vigilia. Como si esas áreas soñaran, como nosotros, las cosas que nos han pasado. ¿Es algo así o no he entendido nada?
En efecto, ese es el término adecuado: "aleatoriamente". El cerebro es un sistema que responde a una dinámica no lineal de funcionamiento. Así como resulta impredecible la formación de una avalancha de nieve, la cual, a su vez, puede depender de unas condiciones iniciales mínimas que no se correspondan cuantitativamente con el efecto, en el cerebro hay grupos de neuronas que se activan en cascada durante mínimos lapsus temporales. Evidentemente, esta sincronización no puede ser determinada de una manera precisa. Lo interesante, además, es que se generan en cerebros conscientes o despiertos, desafiando las leyes clásicas del comportamiento secuenciado y determinista y rompiendo con la idea de que este tipo de fenómenos quizá solo podían aparecer reflejando patologías como, por ejemplo, la epilepsia.
¿Se ha determinado matemáticamente la dimensión fractal de estos sitios actividad?
Sí. 1<d<2 y d=1,6 más/menos 0,1.
Estimado Carlos, Hace poco tiempo tuve ocasión de hablar acerca de este fenómeno con un "experto" que, poco más o menos, se rió de mi opinión sobre el asunto. Pero, como creo que es una hipótesis interesante te la cuento. A nivel funcional, en el cerebro concurren dos fenómenos simultáneos: - Por un lado (evolutivo), es un sistema experto tanto en reconocer patrones (sensoriales) como en ejecutarlos (motores), codificándolos y automatizándolos de forma cada vez más óptima (plasticidad) conforme se produce la repetición (LTP). - Por otro lado es un sistema altamente eficiente, podando y/o replegando aquellos circuitos que no se utilizan (apoptosis neuronal, reducción de botones presinápticos y espinas dendríticas), optimizando con ello el consumo energético y la precisión de las redes neurales. ¿Cómo conseguirías optimizar ambos procesos al mismo tiempo?, es decir, ¿de qué manera mantendrías activos los circuitos ya desarrollados para que no se inhiban, pero a la vez impedirías que se automatizara el reconocimiento de esos patrones de activación que son tan sólo para el mantenimiento de esos circuitos? Muy fácil. Según mi hipótesis, si generas patrones de activación aleatorios consigues ambas cosas simultáneamente. Mantienes activos los circuitos existentes para que no se poden, pero a la vez impides que los sistemas de reconocimiento de patrones los puedan automatizar, ¡¡ porque son aleatorios !! Además lo haces sin necesidad de desarrollar nuevos mecanismos de mantenimiento, simplemente aplicas una una estrategia "matemática" al mismo sistema para mantener el equilibrio entre poda y automatización. De esta forma la activación aleatoria sería una estrategia exquisita de optimización del sistema.Un cordial saludo,
Gran parte de la información del entorno puede considerarse aleatoria e intrascendente. El cerebro filtra la información trascendente, y parte la hace consciente. Por lo tanto, a los circuitos cognitivos sólo llega aquello que se considera comporta un patron, por eso somos tan buenos en abstracción. Focalizar la atención es esto. En consecuencia, su hipótesis es muy plausible. Gracias por escribir y reciba un cordial saludo.
Publicar un comentario