El cerebro tiene una estructura ideal para trabajar a máxima capacidad de difusión

La red del cerebro humano es casi ideal, dicen los científicos




Krioukov y sus colegas descubrieron que la estructura del cerebro humano tiene una red casi ideal de las conexiones (magenta), lo que permite una transmisión óptima de la información de una parte del cerebro a otra. Image: Krioukov


Boston, MA (Scicasts) - Un nuevo estudio realizado por el físico de Northeastern Dmitri Krioukov y sus colegas sugiere una respuesta: para acelerar la transferencia de información de una región del cerebro a otro, lo que nos permite operar a su máxima capacidad.

El documento, publicado en la edición de 03 de julio de Nature Communications, revela que la estructura del cerebro humano tiene una red de casi ideal de conexiones - los vínculos permiten información para viajar desde, por ejemplo, la corteza auditiva (responsable de la audición) a la corteza motora (responsable del movimiento) por lo que puede hacer de todo, desde levantar la mano en clase, en respuesta a una pregunta para bailar al ritmo de La 1975.

Los hallazgos representan más que una confirmación de nuestro progreso evolutivo. Ellos podrían tener implicaciones importantes para la localización de la causa de los trastornos neurológicos y, finalmente, el desarrollo de terapias para tratarlas.

"Una red óptima en el cerebro tendría el menor número de conexiones posibles, para minimizar el costo, y al mismo tiempo que tendría máxima navegabilidad - es decir, las vías más directas para el encaminamiento de señales de cualquier posible fuente a cualquier destino posible ", dice Krioukov. Es un equilibrio, explica, subir y bajar las manos para indicar una escala. El estudio presenta una nueva estrategia para encontrar las conexiones que permitan alcanzar ese equilibrio o, como él dice, "el punto dulce."

Krioukov, profesor asociado en el Departamento de Física, estudia las redes, desde las relacionadas con conjuntos de datos masivos de Internet a las que definen nuestro cerebro. En la nueva investigación, él y sus co-autores utiliza análisis estadísticos sofisticados basados ​​en las contribuciones del premio Nobel John Nash a la teoría de juegos para la construcción de un mapa de una red cerebral idealizada - una que optimiza la transferencia de información. Luego compararon el mapa idealizado del cerebro a un mapa de la red real del cerebro y pidieron a la pregunta "¿Qué tan cerca están los dos?"

Sorprendentemente así. Ellos se sorprendieron al saber que el 89 por ciento de las conexiones en la red cerebral idealizada apareció en el net¬work cerebro real también. "Eso significa que el cerebro estaba evolutivamente diseñado para ser muy, muy cerca de lo que muestra nuestro algoritmo", dice Krioukov.

Bucks estrategia tradición de los científicos: Permite la función - en este caso, la navegabilidad - impulsar la estructura de la red idealizada, mostrando así que los vínculos son esenciales para la navegación óptima. La mayoría de los investigadores en el campo, dice Krioukov, construir modelos de la red real primero, y sólo entonces abordar la función, un enfoque que no destacar los vínculos más importantes.

La nueva estrategia también es transferible a una variedad de disciplinas. El estudio, cuyos coautores son de la Universidad de Budapest de Tecnología y Economía, asigna seis diversas redes navegables en total, entre ellos el de Internet, air¬ports estadounidenses, y las carreteras húngaras. La red de carreteras de Hungría, por ejemplo, dio a los viajeros el "lujo de ir en un viaje por carretera sin un mapa", escribieron los autores.

Las futuras aplicaciones de las disciplinas transversales de investigación, también. Saber lo que une en una red son los más críticos para la navegación te dice dónde enfocar las medidas de protección, si el sitio es los patrones de internet, carreteras, vías de tren, o de vuelo.

"Por el contrario, si usted es un buen tipo frente a una red terrorista, usted sabe lo que vincula a atacar primero", dice Krioukov. Un diseñador de sistemas podría localizar las conexiones faltantes necesarias para maximizar la navegabilidad de una red de ordenadores y añadirlos.

En el cerebro, los enlaces existentes en la red idealizada son probablemente las requeridas para la función normal del cerebro, dice Krioukov. Señala a un laberinto de magenta y turquesa enredos corriendo por una ilustración del cerebro en su papel y traza la ruta magenta, que está presente tanto en los cerebros ideales y reales.

"Así que sospechamos que son los candidatos principales para mirar si alguna enfermedad se desarrolla - para ver si son presa de edad o roto."

Mirando hacia el futuro, se especula que una vez que se identifican esos vínculos, nuevos fármacos o técnicas quirúrgicas podrían quizás ser desarrollados dirigirse a ellos y la reparación, o evitar el daño.

"Al final del día, lo que estamos tratando de hacer es arreglar la red enfermo para que pueda reanudar su función normal", dice Krioukov.

Publicación: Navigable networks as Nash equilibria of navigation games. Gulyás, A et al. Nature Communications (July 3,2015): Click here to view.