El cervell humà presenta una gran variabilitat entre regions a nivell molecular, anatòmic i fisiològic. Tot i que aquesta diversitat és coneguda des de fa anys, el seu impacte sobre les dinàmiques neuronals que impliquen múltiples regions cerebrals encara és poc conegut.
Per abordar aquesta qüestió, l’equip investigador va desenvolupar un model computacional del còrtex cerebral humà que integra dos tipus d’informació. D’una banda, la connectivitat estructural, que descriu el “cablejat” que connecta les diferents regions del cervell. De l’altra, la distribució regional de receptors muscarínics relacionats amb l’excitabilitat neuronal, obtinguda a partir de dades transcriptòmiques i validada amb mapes de tomografia per emissió de positrons (PET).
Mitjançant aquest model, l’equip va simular diferents estats cerebrals, des de patrons similars a la vigília fins a dinàmiques pròpies del son. Els resultats van mostrar que la distribució espacial d’aquests receptors contribueix a organitzar com es coordinen les diferents regions cerebrals i com es transmet la informació dins la xarxa neuronal.
“Els nostres resultats indiquen que l’heterogeneïtat molecular no és només soroll biològic”, explica Leonardo Dalla Porta, primer autor i autor de correspondència de l’article i investigador postdoctoral de l’IDIBAPS. “La manera com es distribueixen el cablejat i els diferents receptors al cervell és fonamental per generar patrons eficients de comunicació i per facilitar les transicions entre diferents estats cerebrals.”
L’estudi també va mostrar que aquesta organització espacial afavoreix el flux d’informació entre regions i contribueix a l’aparició de fenòmens com les ones cerebrals lentes localitzades, observades tant durant el son com en situacions associades a lapses d’atenció o lesions cerebrals.
Segons Mavi Sanchez-Vives, cap del grup de recerca de l’IDIBAPS, “aquest treball mostra que un dels reptes per comprendre el funcionament del cervell és la integració a diferents escales, des de la informació molecular que caracteritza cada regió cerebral fins a la connectivitat funcional i anatòmica a escala macroscòpica que podem mesurar a la clínica. Els models computacionals del cervell són fonamentals per aconseguir-ho.”
Tot i que els resultats no tenen una aplicació clínica immediata, els autors destaquen que aquest model ofereix un nou marc conceptual per entendre millor fenòmens observats en pacients, com els dèficits cognitius després d’una lesió cerebral o les alteracions de la consciència. A més, representa un pas important cap al desenvolupament de models computacionals personalitzats que integrin tant el connectoma com el perfil neuroquímic de cada pacient.
Estudi de referència
L. Dalla Porta, J. Fousek, A. Destexhe & M.V. Sanchez-Vives, Spatially structured heterogeneity shapes large-scale cortical dynamics in a model of the human cortex, Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 123 (28) e2532072123, https://doi.org/10.1073/pnas.2532072123 (2026).
