El cerebro humano presenta una gran variabilidad entre regiones a nivel molecular, anatómico y fisiológico. Aunque esta diversidad se conoce desde hace años, su impacto sobre las dinámicas neuronales que implican múltiples regiones cerebrales sigue siendo poco conocido.
Para abordar esta cuestión, el equipo investigador desarrolló un modelo computacional de la corteza cerebral humana que integra dos tipos de información. Por un lado, la conectividad estructural, que describe el “cableado” que conecta las distintas regiones del cerebro. Por otro, la distribución regional de receptores muscarínicos relacionados con la excitabilidad neuronal, obtenida a partir de datos transcriptómicos y validada con mapas de tomografía por emisión de positrones (PET).
Mediante este modelo, el equipo simuló diferentes estados cerebrales, desde patrones similares a la vigilia hasta dinámicas propias del sueño. Los resultados mostraron que la distribución espacial de estos receptores contribuye a organizar cómo se coordinan las distintas regiones cerebrales y cómo se transmite la información dentro de la red neuronal.
"Nuestros resultados indican que la heterogeneidad molecular no es solo ruido biológico", explica Leonardo Dalla Porta, primer autor y autor de correspondencia del artículo e investigador posdoctoral del IDIBAPS. "La forma en que se distribuyen el cableado y los distintos receptores en el cerebro es fundamental para generar patrones eficientes de comunicación y facilitar las transiciones entre diferentes estados cerebrales."
El estudio también mostró que esta organización espacial favorece el flujo de información entre regiones y contribuye a la aparición de fenómenos como las ondas cerebrales lentas localizadas, observadas tanto durante el sueño como en situaciones asociadas a lapsos de atención o lesiones cerebrales.
Según Mavi Sanchez-Vives, jefa del grupo de investigación del IDIBAPS, "este trabajo muestra que uno de los retos para comprender el funcionamiento del cerebro es la integración a diferentes escalas, desde la información molecular que caracteriza a cada región cerebral hasta la conectividad funcional y anatómica a escala macroscópica que podemos medir en la clínica. Los modelos computacionales del cerebro son fundamentales para conseguirlo."
Aunque los resultados no tienen una aplicación clínica inmediata, los autores destacan que este modelo ofrece un nuevo marco conceptual para comprender mejor fenómenos observados en pacientes, como los déficits cognitivos tras una lesión cerebral o las alteraciones de la conciencia. Además, representa un paso importante hacia el desarrollo de modelos computacionales personalizados que integren tanto el conectoma como el perfil neuroquímico de cada paciente.
Estudio de referencia
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).
