Cuando escuchamos una historia, nuestro cerebro activa diferentes regiones según una jerarquía temporal precisa. Desde el análisis de las palabras hasta la integración de la narrativa, esta organización revela mecanismos clave.
En un estudio publicado en
Communications Biology, científicos aprovechan los avances en neurociencia computacional y el estudio del conectoma humano para empezar a desentrañar este misterio.
El papel del conectoma en la organización cerebral
Cuando escuchas una historia, diferentes regiones de tu cerebro se activan siguiendo una jerarquía temporal. Las palabras, frases y elementos narrativos se procesan de manera progresiva.
Esta organización revela una estructura compleja: las zonas cercanas a los sentidos analizan rápidamente los datos brutos, mientras que las regiones asociativas, como la corteza prefrontal, integran esta información durante períodos más largos. Esta jerarquía de procesamiento temporal ha sido bien caracterizada en humanos, pero persiste la pregunta: ¿por qué está estructurada así?
Los recientes avances en el mapeo del conectoma humano y la modelización de redes neuronales ofrecen nuevas respuestas. En un artículo publicado en la revista
Communications Biology, científicos utilizaron modelos neurocientíficos computacionales basados en el conectoma humano —un mapa detallado de las conexiones neuronales entre regiones cerebrales—.
Estos modelos, inspirados en redes neuronales de "reservorio", simulan la dinámica cerebral usando principios de conectividad basados en el conectoma humano. Revelan el papel esencial de los haces de materia blanca, como el fascículo fronto-occipital, que conectan regiones distantes del cerebro. Estos "atajos" neuronales permiten que las zonas asociativas accedan rápidamente a la información procesada por las regiones sensoriales.
Gracias a estos modelos basados en el conectoma, los científicos lograron reproducir la jerarquía de procesamiento temporal observada en el cerebro humano. Sus resultados muestran que la jerarquía de escalas temporales surge de la estructura del conectoma. Es decir, esta organización no se debe a las exigencias específicas de tareas cognitivas relacionadas con la comprensión narrativa, sino a la conectividad intrínseca del cerebro humano.
Similitudes con la inteligencia artificial
Surge un paralelismo entre estas observaciones y la inteligencia artificial. Las vías de materia blanca del cerebro se asemejan a las "conexiones de salto" usadas en redes neuronales profundas (Deep Neural Networks o DNN). Estas redes de neuronas artificiales, compuestas por múltiples capas interconectadas, se usan ampliamente en aprendizaje automático para procesar datos. En las DNN, estas conexiones de salto son cruciales para estabilizar la actividad y mejorar el flujo de información.
De manera similar, en el cerebro de los primates, las conexiones neuronales de larga distancia aseguran una transmisión eficiente de información. Cuando la propagación de señales mediante conexiones locales se vuelve ineficiente, estos atajos son esenciales para la arquitectura del sistema. Este hallazgo ofrece una nueva perspectiva sobre la función de las vías de materia blanca y abre la puerta a exploraciones innovadoras sobre los vínculos entre neurociencia e inteligencia artificial.
Simulación de la jerarquía narrativa y el efecto de los atajos de la materia blanca.
(A) Los científicos procesaron imágenes anatómicas y de resonancia magnética por difusión de 100 sujetos del conjunto de datos HCP para extraer la tractografía cerebral completa.
(B) Esto se usó para generar el conectoma cerebral completo —un mapa de conexiones entre 400 regiones cerebrales segmentadas—.
(C) Este mapa luego se utilizó para crear la matriz de conectividad de un modelo de red neuronal de "reservorio". Aquí vemos esta matriz esquematizada, incluyendo una conexión de atajo que vincula neuronas activadas por entradas sensoriales (izquierda) con neuronas asociativas (derecha). Esto corresponde a una vía de materia blanca como el fascículo occipitofrontal inferior, ilustrado en (D).
La eliminación de esta vía en la simulación produce un enlentecimiento (indicado en rojo) en las zonas orbitofrontales en la imagen cerebral inflada en (E).
Esto ilustra uno de los roles de estas conexiones de larga distancia, que pueden tener acciones similares a las conexiones de salto en redes neuronales profundas.
© Pault Triebkorn, Viktor Jirsa, PF Dominey
Simulating the impact of white matter connectivity on processing time scales using brain network models. Triebkorn, P., Jirsa, V. & Dominey, P.F.
Communications Biology, 7 de febrero de 2025, DOI: https://doi.org/10.1038/s42003-025-07587-x
Fuente: CNRS INSB