Los científicos proponen un teorema sobre las ondas de actividad cerebral
Por primera vez, el equipo de la profesora Dra. Petra Ritter ha dilucidado el movimiento de las ondas de actividad cerebral mediante una simulación por ordenador. Según investigaciones anteriores, estas ondas desempeñan un papel crucial en funciones cognitivas como la memoria.
Como profesora, la Dra. Petra Ritter, catedrática Johanna Quandt del BIH, dirige el grupo de investigación sobre simulación cerebral y la Sección de Simulación Cerebral de la Charité.
Este estudio revela el papel de las ondas cerebrales en el aprendizaje y la cognición
La investigación dirigida por Ritter, publicada en Nature Communications, forma parte de la tesis de Dominik Koller, que es el primer autor del trabajo.
Las ondas viajeras de actividad son patrones de señales neuronales que se producen cuando grupos de neuronas se disparan simultáneamente, y esta actividad sincronizada se desplaza por el córtex a lo largo del tiempo. Estas ondas pueden visualizarse mediante electroencefalografía (EEG) y son generadas por un gradiente de frecuencia espacial en el cerebro, resultado de una fuerza de conectividad variable.
Según Ritter, las ondas cerebrales son cruciales para los procesos de aprendizaje porque la actividad sincronizada mejora las conexiones neuronales. « El movimiento de los frentes de onda sincroniza la actividad de las células nerviosas a través de las distancias. La teoría de que ‘lo que dispara junto, cablea junto’ sugiere que estas ondas son fundamentales para coordinar los cambios plásticos en el cerebro, esenciales para el aprendizaje.»
Las ondas cerebrales pueden viajar a través de diferentes escalas espaciales y cambiar de dirección. «Varios factores influyen en la propagación de las ondas, pero las relaciones son complejas. Sin embargo, con nuestros modelos matemáticos del cerebro podemos descubrir las reglas subyacentes”, explica Ritter.
El movimiento de las ondas de actividad desempeña un papel crucial en la terapia
Comprender los mecanismos que subyacen a la formación de ondas de actividad itinerantes puede mejorar los futuros tratamientos de las enfermedades cerebrales y profundizar nuestra comprensión de estos trastornos. «Por ejemplo, esto es relevante en el tratamiento de la esquizofrenia, la epilepsia o la enfermedad de Parkinson», explica Ritter.
El equipo de Ritter está desarrollando gemelos cerebrales digitales capaces de simular la respuesta del cerebro a los estímulos. Estas simulaciones son prometedoras para planificar terapias, como la estimulación cerebral -como la estimulación cerebral profunda para la enfermedad de Parkinson-, así como para personalizar las intervenciones neuroquirúrgicas, haciéndolas más seguras y eficaces.
«Los modelos anteriores no tenían en cuenta los cambios plásticos. Ahora, comprender el desarrollo del frente de onda también puede ayudar a simular los efectos del aprendizaje a medida que cambia el cerebro”, señala Ritter.
Los investigadores utilizarán su modelo para simular los efectos a largo plazo de la estimulación cerebral externa, como la estimulación magnética transcraneal (EMT) o la estimulación cerebral profunda con electrodos, sobre todo cuando se producen cambios plásticos. Este enfoque podría permitir a los médicos utilizar simulaciones por ordenador para determinar en el futuro la estimulación más eficaz para cada paciente.
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