Notícies
Inici  >  Notícies > Nova visió multiescalar del cervell humà

Nova visió multiescalar del cervell humà

Mapes multiescalars del connectoma humà. La capa inferior l = 0 correspon al mapa en el pla hiperbòlic del connectoma de més resolució d’un subjecte sa. Les capes superiors s’obtenen (esquerra) en mapar individualment cada capa del connectoma multiescalar obtingut segons tècniques anatòmiques (dreta) renormalitzant la capa l = 0 segons el model geomètric de xarxa. Els diferents colors corresponen a les 82 regions identificades a la capa amb menys resolució l = 4.

Mapes multiescalars del connectoma humà. La capa inferior l = 0 correspon al mapa en el pla hiperbòlic del connectoma de més resolució d’un subjecte sa. Les capes superiors s’obtenen (esquerra) en mapar individualment cada capa del connectoma multiescalar obtingut segons tècniques anatòmiques (dreta) renormalitzant la capa l = 0 segons el model geomètric de xarxa. Els diferents colors corresponen a les 82 regions identificades a la capa amb menys resolució l = 4.

10/11/2020

Recerca

L’arquitectura del cervell sosté les funcions cognitives i del comportament i és extremadament complexa, amb connexions a múltiples escales interactuant entre si. No obstant això, els esforços de la recerca se centren normalment en una sola escala espacial. En un treball liderat per investigadors de l’Institut de Sistemes Complexos de la Universitat de Barcelona (UBICS), s’ha estudiat com és l’organització espacial a multiescala del cervell humà i s’ha vist que, tal i com descriu en un model de xarxa geomètric, les capes a diferents resolucions són autosimilars, és a dir, que l’estructura geomètrica i de connectivitat de les capes es manté igual encara que canviem d’escala.

Per dur a terme l’estudi s’han fet servir dos conjunts de dades d’alta qualitat amb els mapes de connexions neuronals, anomenats connectomes, de 84 subjectes sans amb cinc resolucions anatòmiques diferents per a cadascun. Segons explica M. Àngels Serrano, professora d’investigació ICREA a l’UBICS, «els resultats demostren que la connectivitat cerebral a diferents escales s’organitza amb els mateixos principis que condueixen a una comunicació descentralitzada eficient».

L’estructura del cervell humà s’estén al llarg d’una sèrie d’escales de longitud interrelacionades que n’augmenten la complexitat. «L’autosimilitud que hem determinat com un patró en l’estructura multiescala del connectoma humà, paradoxalment, introdueix la simplicitat com a principi organitzador», explica Serrano. Això implica que les regles de connectivitat subjacents que expliquen aquesta estructura són independents de l’escala d’observació, almenys dins de les escales cobertes en aquest treball. «En altres paraules, no es requereix un conjunt específic de regles per a cada escala», aclareix Serrano.

El model prediu les observacions mitjançant l’aplicació d’un protocol de renormalització. Aquest mètode es basa en un model de xarxa geomètric que posiciona els nodes en un espai mètric ocult, definint així un mapa en què dos nodes propers tenen més probabilitat d’estar connectats. Aquest tipus de model permet explicar característiques universals de les xarxes reals.

A cada escala, hi ha una congruència notable entre les observacions empíriques i les prediccions donades pel model. «Els resultats indiquen que les mateixes regles expliquen la formació de connexions de curt i llarg abast en el cervell dins del rang d’escales de longitud que cobreixen els conjunts de dades utilitzades», conclou la investigadora de la UB.

Les implicacions d’aquest descobriment són diverses i poden ser substancials per a debats fonamentals, com ara si el cervell està treballant a prop d’un punt crític, així com per a aplicacions que inclouen eines avançades de simulació del funcionament del cervell.  

Article de referència:

M. Zheng, M. Allard, A. Hagmann, P. Alemán-Gómez, Y, i Serrano, M. À. «Geometric renormalization unravels self-similarity of the multiscale human connectome». PNAS, 2020.  DOI: 10.1073/pnas.1922248117
 

Comparteix-la a:
| Més |
  • Segueix-nos:
  • botó per accedir al facebook de la universitat de barcelona
  • botó per accedir al twitter de la universitat de barcelona
  • botó per accedir a l'instagram de la Universitat de Barcelona
  • botó per accedir al linkedin de la Universitat de Barcelona
  • botó per accedir al youtube de la universitat de barcelona
  • botó per accedir al google+ de la universitat de barcelona
  • ??? peu.flickr.alt ???
Membre de la Reconeixement internacional de l'excel·lència HR Excellence in Research logo del ∞ - League of European Research Universities logo del bkc - campus excel·lència logo del health universitat de barcelona campus

© Universitat de Barcelona