Un nuevo estudio realizado por investigadores de la Universidad de Rice da un paso hacia lo que consideran clave para el avance de la neurociencia: una mejor comprensión de la relación entre la flexibilidad del cerebro y su modularidad.
Su estudio de acceso abierto aparece en Fronteras en neurociencia humana .
Los científicos apenas comienzan a comprender cómo se conectan los cerebros, tanto estructural como funcionalmente. Lo último de una serie de estudios realizados por científicos de Rice muestra que la flexibilidad y modularidad del cerebro, que los investigadores a menudo estudian de forma independiente, están fuertemente relacionadas.El estudio también presenta un marco teórico para explicar los dos procesos.
Descubrieron que la flexibilidad, que se relaciona con la cantidad de redes cerebrales que cambian con el tiempo, y la modularidad, que define el grado de interconectividad entre las partes del cerebro responsables de tareas específicas, están altamente correlacionadas negativamente. En otras palabras, las personas con un alto nivel de modulaciónlos cerebros que restringen las tareas a los módulos también muestran poca flexibilidad, mientras que las personas con cerebros de alta flexibilidad que comparten tareas en la red muestran baja modularidad.
Estas propiedades explican cómo se desempeñan los participantes en los experimentos, según el coautor y psicólogo de Rice Simon Fischer-Baum. Cuando a alguien se le presenta una tarea compleja, la flexibilidad de la red cerebral explica mejor el rendimiento que la modularidad de la red.Tarea simple, dijo, lo contrario es cierto, lo que indica que estas formas de pensar sobre la organización del cerebro se asignan a diferentes habilidades cognitivas.
Pero incluso esa escala móvil solo insinúa la relación entre flexibilidad y modularidad.
"Ha habido un montón de documentos sobre la flexibilidad de la red y cómo eso se relaciona con la cognición y un montón de otros documentos sobre la modularidad y su relación con la cognición, pero nadie realmente ha explorado si estas cosas están aprovechando diferentes aspectos de la cognicióno si son dos caras de la misma moneda ", dijo Fischer-Baum, quien fue el miembro principal de la facultad en el estudio en colaboración con el psicólogo de Rice Randi Martin y el biofísico Michael Deem.
"Las personas pueden describirse en términos de cuán flexibles son sus redes cerebrales: con qué frecuencia las regiones cerebrales cambian los módulos a los que están asignadas o qué tan estables se mantienen los módulos con el tiempo", dijo Fischer-Baum. Regiones del cerebro con niveles más altosflexibilidad son aquellos típicamente asociados con el control cognitivo y la función ejecutiva, los procesos que controlan el comportamiento. Las regiones con menor flexibilidad son aquellas involucradas en los procesos motores, del gusto, la visión y la audición.
Los investigadores tomaron dos caminos para mapear los módulos y los procesos de pensamiento de 52 sujetos con edades comprendidas entre 18 y 26 años; el 31 por ciento de los participantes eran hombres y el 69 por ciento mujeres.
Primero, los sujetos se sometieron a imágenes de resonancia magnética funcional en estado de reposo fMRI, que detectó niveles de oxígeno en la sangre para rastrear la actividad y medir la modularidad la probabilidad de conexiones dentro de los módulos del cerebro y la flexibilidad con qué frecuencia las regiones cambian la lealtad de unomódulo a otro.
Segundo, los sujetos tomaron una batería de seis pruebas cognitivas para evaluar su desempeño en tareas simples y complejas.
Los datos de ambas rutas se habían utilizado previamente para mostrar que la modularidad del cerebro se correlaciona positivamente con el rendimiento en tareas simples y negativamente con el rendimiento en tareas complejas. La pregunta que quedaba era cómo la modularidad se relaciona con otras medidas de organización de la red, como la flexibilidad y cómola flexibilidad se relaciona con el procesamiento cognitivo en su conjunto. El objetivo del estudio de Rice fue analizar toda la red cerebral en lugar de los componentes individuales.
"La cognición es compleja", dijo Fischer-Baum. "Cualquier tarea se basa en múltiples áreas del cerebro que realizan diferentes funciones y se comunican entre sí. Tenemos que ser capaces de articular por qué, para una tarea determinada, es bueno tenerun tipo particular de organización cerebral "
Los participantes recibieron una serie de experimentos comunes de psicología cognitiva, que arrojaron puntajes compuestos para comportamientos simples y complejos que se alinearon con los resultados de fMRI. Los participantes que mostraron alta flexibilidad obtuvieron mejores resultados en pruebas complejas que requerían la capacidad de cambiar rápidamente entre tareas y dibujarsobre la memoria de trabajo. Uno, por ejemplo, les presentó un cuadrado o triángulo en azul o amarillo y exigió a los participantes que respondieran a una señal sobre el color o la forma del objeto.
Aquellos que obtuvieron un puntaje más alto en la escala modular sobresalieron en tareas con requisitos de comportamiento más limitados, como una prueba de semáforo que les obligó a presionar un botón lo más rápido posible cuando vieron que una luz cambiaba de rojo a verde y midieron su respuestaveces.
Los investigadores notaron que sería incorrecto pensar que la modularidad y la flexibilidad simplemente miden la misma propiedad. Debido a que hacen contribuciones independientes al rendimiento, los investigadores teorizan que "es probable que se vinculen con diferentes procesos cognitivos".
También teorizaron que aprender una habilidad puede explicar la variación dentro de los individuos entre modularidad y flexibilidad. Los investigadores escribieron que durante las etapas iniciales del aprendizaje, incluso una habilidad simple puede emplear controles cognitivos generalmente requeridos para tareas complejas. Pero como la tarea esaprendido y se vuelve más simple, la flexibilidad disminuye y la modularidad aumenta.
Fischer-Baum dijo que es mejor pensar que la flexibilidad y la modularidad son rasgos continuamente variables en lugar de fijos. "No creo que sepamos cómo esto cambia con el tiempo, pero parece probable que cambie con la experiencia, e incluso con el tiempocurso de un día
"Esta amplia división entre tareas complejas y simples es un primer paso para el problema", dijo. "No es solo que tener un cerebro modular es bueno, o tener un cerebro flexible es bueno. Queremos saber qué es lo que 'son buenos y las escalas de tiempo en las que estas variables tienen un impacto "
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Materiales proporcionado por Universidad de Rice . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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