Krioukov y sus colegas han descubierto que la estructura del cerebro humano tiene una red casi ideal de conexiones (en magenta), lo que permite una transmisión óptima de información entre las regiones cerebrales. Fuente: Universidad North¬eastern.
Se ha preguntado alguna vez por qué el cerebro humano evolucionó de la forma en que lo hizo? Un nuevo estudio realizado por un físico de la Universidad Northeastern de EEUU llamado Dmitri Krioukov sugiere una respuesta: para acelerar la transferencia de información de una región del cerebro a otra, de tal manera que este órgano opere a su máxima capacidad.
El trabajo, publicado en la revista Nature Communications, ha revelado que la estructura del cerebro humano tiene una red casi ideal de conexiones, que son esos enlaces que permiten que la información viaje desde, por ejemplo, la corteza auditiva (responsable de la audición) a la corteza motora (responsable del movimiento). Gracias a dicha red, podemos hacer de todo, desde levantar la mano en clase hasta seguir el ritmo de la música.
El hallazgo realizado no solo confirma nuestro progreso evolutivo sino que además podría tener implicaciones importantes para la localización de la causa de los trastornos neurológicos e incluso para el desarrollo de terapias con que tratarlos, informa la Universidad Northeastern en un comunicado.
Una estrategia para encontrar el porqué del equilibrio
Krioukov explica por su parte que: “Una red cerebral óptima ha de tener el menor número de conexiones posibles para minimizar el coste (energético) y, al mismo tiempo, contar con una navegabilidad máxima, es decir, con las vías más directas de propagación de señales desde cualquier fuente posible hasta cualquier destino posible”. Todo esto constituye un equilibrio, añade el científico.
Lo que se ha conseguido con el presente estudio es desarrollar una estrategia para encontrar las conexiones que permiten alcanzar ese equilibrio. Se ha hecho desde la especialidad de Krioukov, que estudia las redes, desde las relacionadas con conjuntos de datos masivos de Internet a las que definen nuestro cerebro.
Desde esta perspectiva, el investigador y sus colaboradores usaron análisis estadísticos sofisticados -basados en las contribuciones del premio Nobel John Nash a la teoría de juegos- para elaborar un mapa de una red cerebral idealizada, que optimiza la transferencia de información.
Luego, los científico compararon el mapa idealizado del cerebro con un mapa de la red de conexiones cerebral real y se preguntaron, ¿hasta qué punto se parecen?
El trabajo, publicado en la revista Nature Communications, ha revelado que la estructura del cerebro humano tiene una red casi ideal de conexiones, que son esos enlaces que permiten que la información viaje desde, por ejemplo, la corteza auditiva (responsable de la audición) a la corteza motora (responsable del movimiento). Gracias a dicha red, podemos hacer de todo, desde levantar la mano en clase hasta seguir el ritmo de la música.
El hallazgo realizado no solo confirma nuestro progreso evolutivo sino que además podría tener implicaciones importantes para la localización de la causa de los trastornos neurológicos e incluso para el desarrollo de terapias con que tratarlos, informa la Universidad Northeastern en un comunicado.
Una estrategia para encontrar el porqué del equilibrio
Krioukov explica por su parte que: “Una red cerebral óptima ha de tener el menor número de conexiones posibles para minimizar el coste (energético) y, al mismo tiempo, contar con una navegabilidad máxima, es decir, con las vías más directas de propagación de señales desde cualquier fuente posible hasta cualquier destino posible”. Todo esto constituye un equilibrio, añade el científico.
Lo que se ha conseguido con el presente estudio es desarrollar una estrategia para encontrar las conexiones que permiten alcanzar ese equilibrio. Se ha hecho desde la especialidad de Krioukov, que estudia las redes, desde las relacionadas con conjuntos de datos masivos de Internet a las que definen nuestro cerebro.
Desde esta perspectiva, el investigador y sus colaboradores usaron análisis estadísticos sofisticados -basados en las contribuciones del premio Nobel John Nash a la teoría de juegos- para elaborar un mapa de una red cerebral idealizada, que optimiza la transferencia de información.
Luego, los científico compararon el mapa idealizado del cerebro con un mapa de la red de conexiones cerebral real y se preguntaron, ¿hasta qué punto se parecen?
De la función a la conexión
Descubrieron así, para su sorpresa, que la similitud fue muy alta: nada menos que un 89% de las conexiones de la red cerebral idealizada aparecieron también en la red cerebral real. "Esto significa que el cerebro estaba evolutivamente diseñado para acercarse mucho a lo que muestra nuestro algoritmo", explica Krioukov.
El hallazgo fue realizado gracias a un enfoque poco tradicional. Los científicos permitieron que la función –en este caso, la navegabilidad- dirigiera la estructura de la red idealizada, lo que permitió que aparecieran las conexiones esenciales para la navegación óptima.
La mayoría de los investigadores en este campo, dice Krioukov, construyen modelos de la red real primero y sólo entonces abordan la función, un enfoque que no destaca los vínculos más importantes.
Potenciales aplicaciones
Esta nueva estrategia podría transferirse a diversas redes. Los científicos ya la han probado con Internet, la red de aeropuertos de Estados Unidos o las carreteras húngaras.
Además, podría tener futuras aplicaciones en disciplinas variadas, pues saber qué conexiones de una red son las más críticas para la navegación ayuda a decidir dónde enfocar medidas de protección, ya sean esas redes Internet, carreteras, vías de tren o rutas de vuelo.
Volviendo al cerebro, en este, las conexiones existentes en la red idealizada probablemente sean las requeridas para un funcionamiento normal del cerebro, afirma Krioukov. "Así que sospechamos que estas conexiones serán las candidatas principales para determinar el desarrollo de alguna enfermedad, en caso de que estén dañadas".
De cara al futuro, los científicos especulanque que, una vez que se hayan identificado esos vínculos, podrían desarrollarse nuevos fármacos o técnicas quirúrgicas para su reparación.
Descubrieron así, para su sorpresa, que la similitud fue muy alta: nada menos que un 89% de las conexiones de la red cerebral idealizada aparecieron también en la red cerebral real. "Esto significa que el cerebro estaba evolutivamente diseñado para acercarse mucho a lo que muestra nuestro algoritmo", explica Krioukov.
El hallazgo fue realizado gracias a un enfoque poco tradicional. Los científicos permitieron que la función –en este caso, la navegabilidad- dirigiera la estructura de la red idealizada, lo que permitió que aparecieran las conexiones esenciales para la navegación óptima.
La mayoría de los investigadores en este campo, dice Krioukov, construyen modelos de la red real primero y sólo entonces abordan la función, un enfoque que no destaca los vínculos más importantes.
Potenciales aplicaciones
Esta nueva estrategia podría transferirse a diversas redes. Los científicos ya la han probado con Internet, la red de aeropuertos de Estados Unidos o las carreteras húngaras.
Además, podría tener futuras aplicaciones en disciplinas variadas, pues saber qué conexiones de una red son las más críticas para la navegación ayuda a decidir dónde enfocar medidas de protección, ya sean esas redes Internet, carreteras, vías de tren o rutas de vuelo.
Volviendo al cerebro, en este, las conexiones existentes en la red idealizada probablemente sean las requeridas para un funcionamiento normal del cerebro, afirma Krioukov. "Así que sospechamos que estas conexiones serán las candidatas principales para determinar el desarrollo de alguna enfermedad, en caso de que estén dañadas".
De cara al futuro, los científicos especulanque que, una vez que se hayan identificado esos vínculos, podrían desarrollarse nuevos fármacos o técnicas quirúrgicas para su reparación.
Referencia bibliográfica:
András Gulyás, József J. Bíró, Attila Kőrösi, Gábor Rétvári, Dmitri Krioukov. Navigable networks as Nash equilibria of navigation games. Nature Communications (2015). DOI: 10.1038/ncomms8651.
András Gulyás, József J. Bíró, Attila Kőrösi, Gábor Rétvári, Dmitri Krioukov. Navigable networks as Nash equilibria of navigation games. Nature Communications (2015). DOI: 10.1038/ncomms8651.