Investigadores de la Universidad de Tohoku (Japón) y de la Universidad de Barcelona (UB) han conseguido diseñar circuitos neuronales in vitro que reproducen la capacidad de segregación y de integración de los circuitos cerebrales y que permiten entender la reconfiguración dinámica del cerebro.

Según ha explicado el investigador del Instituto de Sistemas Complejos de la UB y coautor del trabajo, Jordi Soriano, "una de las características más importantes y sorprendentes del cerebro es su habilidad para reconfigurar dinámicamente conexiones para procesar estímulos y responder correctamente".

Por reconfiguración dinámica se entiende el reforzamiento o debilitamiento de enlaces mediante un aumento o una disminución de la actividad neuronal.

Cuando la reconfiguración conduce a una mayor cohesión entre diferentes circuitos neuronales del cerebro, se dice que este se integra, y cuando disminuye la cohesión se dice que se segrega.

El estudio, que publica hoy la revista "Science Advances", demuestra "la importancia de la organización modular para maximizar la flexibilidad de un circuito neuronal. También ilustra el potencial de las herramientas in vitro y los modelos biofísicos para avanzar en la comprensión de fenómenos colectivos en un sistema complejo tan fascinante y rico como el cerebro", según Soriano.

El investigador ha indicado la complejidad del funcionamiento del cerebro, que permite, por ejemplo, que los estímulos que llegan a través de la vista, el oído y el olfato se procesan de manera segregada en la corteza cerebral para luego integrarse parcial o totalmente según las necesidades.

"Mientras miramos una película integramos imágenes y sonidos, ignorando los olores y otros estímulos. Pero cuando olemos a quemado, se alerta el cerebro para que integre y analice toda la información posible para tomar decisiones urgentes", pone como ejemplo.

El modelo de cerebro in vitro que han desarrollado los investigadores consiste en cuatro módulos interconectados, donde cada módulo representa un circuito neuronal especializado (por ejemplo, vista u oído).

Los cuatro módulos están recubiertos de proteínas adhesivas y nutrientes donde se desarrollan neuronas, las cuales se conectan entre ellas dentro de un módulo y con otras neuronas en módulos lejanos.

Según Soriano, la neuroingeniería de precisión permite controlar cuántas conexiones pasan de un módulo a otro y, por tanto, permite ajustar el grado de acoplamiento físico entre módulos, y en este modelo los estímulos corresponden a activaciones espontáneas de neuronas.

Utilizando microscopía de fluorescencia de calcio para detectar las activaciones neuronales, los investigadores han estudiado la capacidad del circuito para integrarse o segregarse espontáneamente según el grado de conectividad entre los módulos y otros factores.

Los investigadores reconocen que la dinámica observada todavía está muy lejos de la complejidad del cerebro real, pero afirman que han podido conseguir detalles sobre los mecanismos fundamentales que perfilan la dinámica del cerebro.