Un equipo de investigadores que participan en el Human Brain Project han identificado un patrón matemático que gobierna la distribución de las neuronas en nuestro cerebro.

La regla predice cómo se distribuyen las neuronas en diferentes partes del cerebro y podría ayudar a los científicos a crear modelos precisos para comprender cómo funciona el cerebro y desarrollar nuevos tratamientos para enfermedades neurológicas.

En el maravilloso mundo de la estadística, si considera cualquier variable aleatoria continua, el logaritmo de esa variable a menudo seguirá lo que se conoce como distribución lognormal. Definida por la media y la desviación estándar, se puede visualizar como una curva en forma de campana, solo que la curva es más ancha que lo que encontraría en una distribución normal.

Un equipo de investigadores del Jülich Research Center y la University of Cologne en Alemania descubrió que el número de neuronas en áreas de la capa externa del tejido neural en diferentes mamíferos se ajusta a una distribución lognormal.

Dejando a un lado las matemáticas, una distinción simple e importante es la simetría de la curva de campana de la distribución normal y la asimetría y la cola fuertemente sesgada hacia la derecha de la distribución lognormal, debido a una gran cantidad de valores pequeños y unos pocos valores significativamente grandes.

Una ilustración de la distribución lognormal y distribución normal. Crédito de imagen: WallStreetMojo

El tamaño de la población de un país suele tener una distribución logarítmica normal, con unas pocas ciudades muy grandes y muchos pueblos y aldeas pequeñas.

La estructura y función del cerebro dependen del número y la disposición de las neuronas. La densidad de neuronas en diferentes regiones y capas de esa capa de tejido externo (la corteza cerebral) varía considerablemente.

Sacha van Albada neurocientífico del Jülich Research Center, dijo en un comunicado:

“La distribución de las densidades neuronales influye en la conectividad de la red. Por ejemplo, si la densidad de sinapsis es constante, las regiones con menor densidad neuronal recibirán más sinapsis por neurona”.

Las distribuciones estadísticas de las densidades neuronales aún se desconocen en gran medida, aunque la investigación ciertamente nos ha proporcionado descubrimientos fascinantes sobre los tejidos celulares de nuestro cerebro.

Cómo realizaron la investigación

Para llevar a cabo su investigación, el equipo utilizó nueve conjuntos de datos de código abierto que cubren siete especies diferentes: ratón, tití, macaco, gálago, mono búho, babuino y humano. Cuando se compararon las densidades de neuronas en diferentes regiones de la corteza, surgió un patrón común de distribución lognormal.

Los autores escribieron en su artículo:

“Nuestros resultados concuerdan con la observación de que sorprendentemente muchas características del cerebro siguen distribuciones lognormales”.

Las densidades de neuronas en áreas de la corteza siguen un patrón de distribución consistente. Crédito de imagen: Morales-Gregorio

Una distribución lognormal es un resultado natural de procesos que se multiplican, al igual que la distribución normal es un resultado natural de sumar muchas variables independientes.

Alexander van Meegen, quien codirigió la investigación como parte de su doctorado en neurociencia computacional en el Jülich Research Center, dijo en un comunicado:

“Una razón por la que puede ser muy común en la naturaleza es porque surge cuando se toma el producto de muchas variables independientes”.

Los investigadores dicen que la forma en que está estructurada la corteza podría ser un subproducto del desarrollo o la evolución que no tiene nada que ver con la computación.

Red neuronal cerebral

Pero investigaciones anteriores sugieren que la variación de la red neuronal cerebral es más que un simple subproducto y puede ayudar activamente a los animales a aprender en entornos cambiantes. Y el hecho de que la misma organización pueda verse en diferentes especies y en la mayor parte de la corteza cerebral sugiere que la distribución lognormal se utiliza para algo.

Aitor Morales-Gregorio, neurocientífico computacional del Jülich Research Center, dijo en un comunicado:

“No podemos estar seguros de cómo la distribución lognormal de las densidades neuronales influirá en la función cerebral, pero probablemente estará asociada con una alta heterogeneidad de la red, lo que puede ser computacionalmente beneficioso”.

Los científicos esperan que este descubrimiento arroje luz sobre cómo el cerebro almacena y recupera información, así como sobre cómo adquiere nuevos conocimientos. En la búsqueda continua de tratamientos eficaces para las enfermedades cerebrales, puede allanar el camino para la creación de nuevos fármacos dirigidos a regiones específicas del cerebro.

El esfuerzo de diez años del Human Brain Project para establecer una infraestructura de investigación compartida para impulsar la neurociencia, la informática y la medicina relacionada con el cerebro está llegando a su fin y nos ha brindado algunos descubrimientos interesantes a lo largo del camino.

Los hallazgos de la investigación han sido publicados en Cerebral Cortex.

Fuente: humanbrainproject

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Crédito imagen de portada: depositphotos.com