Misteriosas señales espirales en el cerebro humano explicarían la cognición compleja

Los científicos han descubierto extraños "remolinos" en la capa externa del cerebro, que podrían servir para unir diferentes regiones y ayudar a procesar la información más rápido. Estas señales espirales serían la clave para organizar la actividad cerebral compleja, según un nuevo estudio. Los patrones de ondas rotacionales en forma de espiral muestran una gran actividad tanto durante los estados de reposo como en los procesos cognitivos de mayor complejidad.

Un equipo científico integrado por especialistas de la Universidad de Sydney, en Australia, y la Universidad de Fudan, en China, ha descubierto señales del cerebro humano que viajan a través de la capa externa del tejido neural y que se organizan naturalmente en forma de remolinos en espiral. Los extraños patrones podrían desempeñar un papel protagónico en la cognición compleja, que hizo posible el salto hacia adelante del ser humano con respecto al resto de las especies que habitan la Tierra. 

Según el nuevo estudio, publicado recientemente en la revista Nature Human Behaviour, la actividad a gran escala del cerebro humano exhibe patrones ricos y complejos, pero la dinámica espacio-temporal de estos patrones y sus funciones específicas en la cognición siguen siendo en parte un misterio, a pesar del gran avance que han logrado las neurociencias en las últimas décadas. 

Revelando los secretos de la cognición humana

En líneas generales, la cogniciónes la facultad de un ser vivo para procesar información y datos a partir de la percepción en base a los sentidos, el conocimiento adquirido a lo largo del tiempo y las apreciaciones o juicios subjetivos, los cuales hacen posible valorar y ordenar la información. En los seres humanos, los procesos cognitivos han alcanzado un nivel de sofisticación que no se aprecia en ninguna otra especie animal.

La nueva investigación muestra que estas señales cerebrales en forma de espiral, observadas en la corteza durante los estados de reposo y cognición, colaboran en la organización de la actividad cerebral y el procesamiento cognitivo. El hallazgo abre nuevas vías para comprender cómo funciona el cerebro humano y proporciona información valiosa sobre las funciones fundamentales del mismo.

En el campo de la salud, podría ayudar a entender los efectos de distintas enfermedades cerebrales, como la demencia, al examinar el papel que desempeñan y cómo cambian la actividad de las señales espirales. En otro orden, el descubrimiento podría facilitar el desarrollo de avanzados equipos informáticos, inspirados en esta nueva dinámica observada en el cerebro humano.

“Estos patrones en espiral que hemos identificado exhiben dinámicas intrincadas y complejas, moviéndose a través de la superficie del cerebro mientras rotan alrededor de puntos centrales, conocidos como singularidades de fase. Al igual que los vórtices actúan en una turbulencia, las espirales participan en múltiples interacciones, desempeñando una función crucial en la organización de las actividades complejas del cerebro”, explicó en una nota de prensa el científico Pulin Gong, uno de los autores principales del nuevo estudio. 

Señales y ondas que integran funciones

Los científicos recopilaron sus hallazgos a partir de escáneres cerebrales de resonancia magnética funcional (fMRI) de 100 adultos jóvenes, que analizaron adaptando métodos utilizados para comprender patrones de onda complejos en turbulencia. "Las complejas interacciones entre múltiples espirales coexistentes podrían permitir que los cálculos neuronales se realicen de manera distribuida y paralela, lo que lleva a una notable eficiencia computacional", agregó Gong.

Por último, los investigadores resaltaron que una característica clave de estas espirales cerebrales es que emergen desde los límites que separan las diferentes redes funcionales del cerebro. Esto indicaría que coordinan efectivamente el flujo de actividad entre estas redes, actuando como centros de integración que aúnan diversas funciones. 

Este conjunto de interacciones organizadas permiten una reconfiguración flexible y dinámica de la actividad cerebral durante varias tareas complejas, que involucran el procesamiento del lenguaje natural y la memoria de trabajo. Para alcanzar esta flexibilidad, las ondas pueden cambiar sus direcciones de rotación. 

Referencia

Interacting spiral wave patterns underlie complex brain dynamics and are related to cognitive processing. Yiben Xu, Xian Long, Jianfeng Feng and Pulin Gong. Nature Human Behaviour (2023). DOI:https://doi.org/10.1038/s41562-023-01626-5