Los investigadores que estudian el cerebro llevan mucho tiempo interesados en sus oscilaciones neuronales, la actividad eléctrica rítmica que juega un papel importante en la transmisión de información dentro de los circuitos neuronales del cerebro. En las ratas, se ha demostrado que las oscilaciones en la región del hipocampo del cerebrocodifica información que describe la posición del animal en un espacio físico. En los humanos, las oscilaciones neuronales a menudo se estudian en relación con la epilepsia y diversos trastornos del sueño, aunque quedan preguntas sobre su función precisa.
Para los neurocientíficos computacionales, que estudian cómo las diferentes estructuras en el cerebro procesan la información, una faceta interesante de esta actividad es la capacidad del tejido neural para responder a estímulos externos con diferentes tipos de oscilaciones.
"Estas diversas respuestas subyacen a varias preguntas importantes en neurociencia", explicó Leandro Alonso, neurocientífico computacional y ex becario postdoctoral en la Universidad Rockefeller en la ciudad de Nueva York. "¿Cómo hace el mismo tejido neural diferentes cosas en diferentes momentos? ¿Cómo es la información?alterado por las conexiones y la dinámica intrínseca del circuito neuronal? "
Al trabajar con el modelo Wilson-Cowan, un modelo ampliamente utilizado en neurociencia computacional que describe la actividad promedio de las poblaciones de neuronas interconectadas, Alonso ha diseñado una nueva herramienta matemática para ayudar a otros neurocientíficos a explorar el amplio espectro de respuestas posibles a partir de un simplecircuito neuronal
Alonso explica sus hallazgos esta semana en el diario Caos , de AIP Publishing.
"Es útil para modelar conceptos en neurociencia tener un sistema que produzca una gama diversa de comportamientos para pequeños cambios de un parámetro de control, ya que esto puede ayudar a ofrecer algunas ideas sobre cómo el mismo tejido neural muestra diferentes respuestas", dijo Alonso, cuya investigación fue financiada por una beca de la Fundación Leon Levy.
El modelo de Alonso se basa en un concepto matemático llamado "oscilador no lineal". Cuando los osciladores, las cantidades que se encuentran en un estado de fluctuación repetitiva, son lineales, el oscilador responde a una entrada externa al reflejar su ritmo o frecuencia. En contraste, con osciladores no lineales, la frecuencia de la respuesta oscilatoria varía de la frecuencia de la entrada. A menudo también se pueden observar diferencias en la forma de las oscilaciones de la respuesta.
Aunque la oscilación no lineal no es específica de la neurociencia, Alonso se sorprendió gratamente de lo bien que se integró con el modelo Wilson-Cowan para ofrecer una idea de cómo se pueden conectar las neuronas para que produzcan un rango diverso de oscilaciones cuando se estimulan.
"Cuando observa la complejidad de los fenómenos oscilatorios en el cerebro, parece razonable suponer que puede explicarse por un sistema igualmente complejo que subyace a estas oscilaciones", dijo Alonso. "Si este es el caso o no, esEs interesante que un circuito simple con solo dos poblaciones de neuronas interconectadas pueda producir un repertorio de actividad igualmente diverso ".
En su artículo, Alonso incluye una serie de coloridos "diagramas de bloqueo" que representan visualmente la variedad de respuestas que son posibles a medida que los parámetros del estímulo externo, como su frecuencia y amplitud, cambian sutilmente.
"Los diferentes colores muestran cómo ha cambiado la frecuencia de la respuesta", explicó Alonso.
Alonso, quien comenzó a estudiar las oscilaciones no lineales de las neuronas mientras se entrenaba en el Laboratorio de Sistemas Dinámicos de la Universidad de Buenos Aires, cree que su modelo puede ayudar a otros neurocientíficos computacionales que trabajan en sus propios modelos.
"Espero que el procedimiento sea útil para derivar los parámetros de los circuitos neuronales, como sus conectividades, de modo que una oscilación entrante desencadene varios tipos diferentes de respuestas", dijo Alonso. "También es posible que la discusión más amplia de las oscilaciones no linealespodría ser útil para los científicos que examinan otros sistemas biológicos que exhiben respuestas dinámicas comparables ".
El próximo proyecto de investigación de Alonso será investigar las propiedades de los sistemas que tienen múltiples circuitos neuronales con estas propiedades conectadas entre sí.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Instituto Americano de Física . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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