En los seres humanos y otros mamíferos, la corteza cerebral es responsable de funciones sensoriales, motoras y cognitivas, por lo que entender la organización de las redes neuronales en esta área cerebral debe proporcionar una visión de los cálculos que realizan.
En un trabajo anterior, Zoltán Toroczkai, de la Universidad de Notre Dame, Estados Unidos; María Ercsey-Ravasz, de Babes-Bolyai, Rumanía, y Henry Kennedy, de la Universidad de Lyon, Francia, y sus colegas combinaron estudios de rastreo en macacos, los cuales visualizaron conexiones en el cerebro, con la teoría de redes para mostrar que la estructura de red cortical en este primate se rige por la denominada regla de distancia exponencial (EDR, por sus siglas en inglés).
La EDR describe una relación consistente entre las distancias y la fuerza de la conexión. En consonancia con los resultados de rastreo, la EDR predice que hay muchos menos axones de largo alcance (fibras nerviosas que funcionan como líneas de transmisión del sistema nervioso) que de corto alcance y esto puede cuantificarse por una ecuación matemática. En el plano de las áreas corticales (como la corteza visual o corteza auditiva) examinadas por los estudios de localización, esto significa que cuanto más cercanas están dos áreas una de la otra, existen más conexiones entre ellas.
En este estudio, los investigadores compararon las características de las redes corticales en el macaco --un mamífero con un gran corteza-- con las de ratón, con una corteza mucho más pequeña. Emplearon datos detallados de rastreo para cuantificar las conexiones entre las áreas funcionales y sirvieron de base para el análisis. A pesar de las diferencias sustanciales en el tamaño de la corteza entre las especies y otras diferencias aparentes en la organización del córtex, encontraron que las características estadísticas fundamentales de todas las redes siguieron la EDR.
UNA CONSTANTE EN LA EVOLUCIÓN DE LOS CEREBROS DE MAMÍFEROS
Basándose en estos resultados, los investigadores plantean la hipótesis de que la EDR describe un principio de diseño eficaz que se mantiene constante durante la evolución de los cerebros de mamíferos de diferentes tamaños. Presentan argumentos matemáticos que apoyan la aplicabilidad universal de la EDR como principio rector de la conectividad cortical, así como soporte experimental más allá de experimentos con trazadores de alta resolución en pequeñas áreas del cerebro de macaco, ratón y ratón lémur (un primate con un muy cerebro pequeño).
Los investigadores concluyen que sus resultados "sugieren que el EDR juega un papel clave a través de la orden de los mamíferos para optimizar la disposición de la red cortical inter-zonal permitiendo que los animales con cerebros más grandes mantengan la eficiencia de la comunicación en combinación con el aumento del número de neuronas".
Como el EDR predice y los datos de rastreo aquí lo confirman, las conexiones neuronales se debilitan de forma exponencial con la distancia. Suponiendo que la EDR se puede aplicar a todos los cerebros de mamíferos, esto sugiere que las conexiones de larga distancia podrían ser bastante débiles en la corteza cerebral humana, que es aproximadamente cinco veces mayor que la del macaco. Si es verdad, dicen los autores, se podría especular que el bajo peso de las conexiones de largo alcance humanas puede contribuir a una mayor susceptibilidad a síndromes de desconexión, por ejemplo, la enfermedad de Alzheimer y la esquizofrenia.
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