El cerebro humano está en constante actividad, procesando información que llega en diferentes escalas de tiempo. Algunas señales requieren reacciones instantáneas ante cambios en el entorno, mientras que otras se desarrollan más lentamente a medida que interpretamos significado, contexto o intención.
Un nuevo estudio de Rutgers Health, publicado en Nature Communications, explora cómo el cerebro integra estas señales rápidas y lentas. La investigación se centra en cómo las redes de conexiones de materia blanca permiten la comunicación entre diferentes regiones cerebrales, apoyando el pensamiento, la toma de decisiones y el comportamiento.
Las Regiones Cerebrales Operan con Diferentes Relojes Internos
No todas las partes del cerebro procesan la información de la misma manera o al mismo ritmo. Cada región opera dentro de una ventana de tiempo característica, conocida como escalas de tiempo neurales intrínsecas, o INT, por sus siglas en inglés. Estas escalas de tiempo reflejan cuánto tiempo una región retiene la información antes de pasar a la siguiente señal.
“Para afectar nuestro entorno a través de la acción, nuestros cerebros deben combinar información procesada en diferentes escalas de tiempo”, afirma Linden Parkes, profesor asistente de Psiquiatría en Rutgers Health y autor principal del estudio. “El cerebro logra esto aprovechando su conectividad de materia blanca para compartir información entre regiones, y esta integración es crucial para el comportamiento humano.”
Mapeo de la Conectividad Cerebral en Casi 1,000 Personas
Para comprender cómo funciona esta integración, Parkes y sus colegas examinaron datos de imágenes cerebrales de 960 individuos. Utilizando esta información, crearon mapas detallados de las conexiones cerebrales de cada persona, conocidos como conectomas. El equipo aplicó entonces modelos matemáticos que describen cómo evolucionan los sistemas complejos con el tiempo para rastrear cómo se mueve la información a través de estas redes.
“Nuestro trabajo investiga los mecanismos subyacentes a este proceso en humanos modelando directamente las INT de las regiones a partir de su conectividad”, explica Parkes, miembro del Rutgers Brain Health Institute y del Center for Advanced Human Brain Imaging Research. “Esto establece una conexión directa entre cómo las regiones cerebrales procesan la información localmente y cómo ese procesamiento se comparte en todo el cerebro para producir el comportamiento.”
Por Qué las Diferencias de Tiempo Importan para la Cognición
Los investigadores descubrieron que la forma en que las escalas de tiempo neurales se organizan en la corteza cerebral juega un papel clave en la eficiencia con la que el cerebro cambia entre patrones de actividad a gran escala vinculados al comportamiento. Esta organización temporal no fue la misma para todos.
“Encontramos que las diferencias en cómo el cerebro procesa la información a diferentes velocidades ayudan a explicar por qué las personas varían en sus habilidades cognitivas”, señala Parkes.
El estudio también demostró que estos patrones temporales están conectados con características genéticas, moleculares y celulares del tejido cerebral, vinculando los hallazgos a procesos biológicos básicos. Se observaron vínculos similares en el cerebro del ratón, lo que sugiere que estos mecanismos se comparten entre especies.
“Nuestro trabajo destaca un vínculo fundamental entre la conectividad de la materia blanca del cerebro y sus propiedades computacionales locales”, afirma Parkes. “Las personas cuyo cableado cerebral está mejor adaptado a la forma en que las diferentes regiones manejan la información rápida y lenta tienden a mostrar una mayor capacidad cognitiva.”
Implicaciones para la Investigación en Salud Mental
Basándose en estos resultados, el equipo de investigación está aplicando ahora el mismo enfoque a afecciones neuropsiquiátricas como la esquizofrenia, el trastorno bipolar y la depresión. El objetivo es comprender cómo los cambios en la conectividad cerebral podrían alterar la forma en que se procesa la información a lo largo del tiempo.
El estudio fue realizado en colaboración con Avram Holmes, profesor asociado de psiquiatría y miembro del Rutgers Brain Health Institute y el Center for Advanced Human Brain Imaging Research, junto con los investigadores postdoctorales Ahmad Beyh y Amber Howell, así como Jason Z. Kim de la Universidad de Cornell.
