Un problema fundamental en neurociencia es cómo forzar la transición de un estado cerebral a otro. Por ejemplo, del sueño a la vigilia, o frente a estados cerebrales patológicos, como es el caso de las enfermedades psiquiátricas y de alteración de la conciencia. Como indican Gustavo Deco y Josephine Cruzat : "es viable forzar la transición de un estado cerebral a otro mediante la estimulación externa, sin embargo, primero es indispensable contar con una caracterización cuantitativa de la dinámica real de un estado cerebral".
Este ha sido el punto de partida del trabajo que han publicado en la revista Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS), del que Deco , profesor de investigación ICREA, director del Centro de Cognición y Cerebro ( CBC ), del Grupo de Investigación Neurociencia Teórica y Computacional en el Departamento de Tecnologías de la Información y las Comunicaciones ( DTIC ) de la UPF, y Cruzat, miembro de su equipo de investigadores en el CBC, son los primeros autores. En el trabajo también colaboran investigadores de varias universidades extranjeras: Universidad de Melbourne (Australia), Universidad de Oxford y Universidad de Manchester (Reino Unido), Universidad de Aarhus (Dinamarca), Universidad de Minho de Braga (Portugal) , Universidad Christian Albrechts de Kiel, Universidad Goethe de Frankfurt y Max Planck Institut de Tübingen (Alemania).
El trabajo proporciona en primera instancia una definición cuantitativa que caracteriza los diferentes estados cerebrales
La principal aportación del estudio publicado en PNAS, es que proporciona una definición fehaciente y robusta que caracteriza los estados cerebrales, y que, en combinación con el modelo computacional del cerebro humano completo, permite el estudio sistemático sobre los efectos de la estimulación cerebral en la transición de un estado cerebral a otro.
"La dinámica subyacente de un estado cerebral está caracterizada como un conjunto de subestados metaestables, cada uno de ellos con una probabilidad de ocurrencia y de transición entre subestados. Esta caracterización se puede incorporar a un modelo que simula la actividad cerebral, y ajusta de acuerdo con los datos empíricos obtenidos mediante resonancia magnética funcional "explica Gustavo Deco. El método desarrollado por los investigadores, y los resultados obtenidos, ofrecen nuevas y prometedoras posibilidades de tratamiento para revertir estados cerebrales patológicos como por ejemplo en trastornos psiquiátricos o de alteración de la conciencia.
Para validar el método, los investigadores utilizaron datos obtenidos mediante resonancia magnética funcional de sujetos sanos tanto despiertos, como dormidos. Una vez incorporados los datos al modelo, se procedió a estudiar los efectos de la estimulación en las diferentes áreas cerebrales. "La estimulación externa sistemática in silico nos permitió predecir qué áreas cerebrales al ser estimuladas permiten el tránsito de un estado a otro y viceversa. Así es como mediante la aplicación de corrientes conseguimos despertar el cerebro dormido", explica Cruzat.
"Los resultados demuestran la utilidad del modelo para descubrir donde estimular para forzar la transición entre estados cerebrales. Aplicado a las enfermedades psiquiátricas, este método puede favorecer la recuperación de la enfermedad", explica Deco.