El libro «Networks of the Brain» (2011) es uno de los libros más serios y científicos sobre las redes que se han escrito hasta ahora junto con «The Handbook of Brain Theory and Neural Networks» desde ya mítico «The Social Brain: Discovering the Networks of the Mind » de Michael S. Gazzaniga (1987). Sporns nos da la perspectiva de lo que podría decir la ciencia de la redes sobre el cerebro. Comienza hablando de la Teoría de los Grafos, pero no desde una perspectiva matemática de la teoría de grafos. Sporns considera las interacciones tanto estructurales (instalación fija) como funcionales (dinámicos) entre nodos de la red cerebral y los módulos. «Módulos» se definen como comunidades de nodos con un gran número de interconexiones internas que pueden, en algunos casos, ser vistos como «super nodos» o nodos definidos a mayores escalas. Para adoptar la metáfora de lo «humano» en las redes sociales, las neuronas son análogas a las personas y sobre los módulos a distintas escalas son análogos a los barrios, ciudades y naciones. Una de las cuestiones que no trata muy por encima y es uno de los principios de las redes neuronales es su capacidad de auto-organización. Este es otro punto de investigación para llegar a entender como estamos hipertrofiados en las estructuras sociales y no desarrollamos formas de auto-organización. Algo que en nuestro entorno interno y externo si es frecuente.
Al igual que los sistemas sociales, las redes del cerebro muestran una sorprendente (anidada) modularidad jerárquica, fundamentalmente pequeñas redes dentro de redes más grandes en redes más grandes todavía, al igual que anidado muñecas rusas. Esta escala estructura de múltiples pueden ser responsables de gran parte de el complejo comportamiento del cerebro.
Las redes cerebrales abarcan varias escalas espaciales, desde la microescala con las células y las sinapsis individuales hasta los de macroescala con los sistemas cognitivo y los organismos encarnados/personificados (embodied/embodied cognition). Esta arquitectura se encuentra también en otros sistemas complejos (complex networks), por ejemplo, en el arreglo de múltiples escalas de las redes sociales, que van de las relaciones coherentes e interpersonales de los grupos sociales a las comunidades locales y los asentamientos urbanos y hasta llegar a las economías nacionales y mundial en cuanto a las organizaciones políticas. En los sistemas biológicos de múltiples escalas (propio de la neurociencia computacional), los niveles operan en aislamiento, en cambio, los patrones en cada nivel son muy dependientes de los procesos que se desarrollan en dos niveles: el inferior y el superior.
El cerebro es un ejemplo de ello como nos comenta Olaf Sporns. Estamos en que no se puede entender la función cerebral, a menos que pretendemos abordar el cerebro desde escalas múltiples y perspectivas, mediante la identificación de las redes que las células se unen en las poblaciones coherentes, organizan grupos de células en regiones cerebrales funcionales, integran las regiones de los sistemas, asi el cerebro y el cuerpo enlazado como un organismo completo. En esta jerarquía, el nivel de uno solo tiene el privilegio sobre los demás. La idea de que la función del cerebro puede ser totalmente reducido a la operación de las células o moléculas es tan mal concebida como la visión complementaria que la cognición se puede entender sin hacer referencia a sus sustratos biológicos. Sólo a través de interacciones de red multi-escala pueden las moléculas y las células dar lugar a la conducta y la cognición. El conocimiento de las interacciones en red, a través de múltiples niveles de la organización es crucial para una comprensión más completa del cerebro como un sistema integrado y holístico.
El estudio de la conectividad del cerebro ya ha abierto nuevas avenidas teóricas y experimentales en muchas áreas de las neurociencias. Conectividad juega un papel importante en la neuroanatomía, el desarrollo neurológico, en la electrofisiología, la proyección de imagen funcional del cerebro, y la base neural de la función cognitiva.
El análisis de la arquitectura de red y conectividad ilumina una serie de problemas que afectan a la función integrativa del cerebro(cuerpo). Voy a resumir algunos de los puntos tratados por O. Sporns:
* Los sistemas nerviosos están compuestos por un gran número de elementos de los nervios que están interconectados por las sinapsis y las vías axonal. Los métodos cuantitativos de la ciencia puede probar las redes de los principios arquitectónicos que dan forma a la anatomía del cerebro.
* Las neuronas individuales participan en el complejo de respuestas fisiológicas. Estas respuestas son el resultado de la interacción entre las redes de un gran número de células nerviosas individuales conectados en los circuitos locales, así como entre las regiones del cerebro.
* Distintas características sensoriales dentro del cerebro y a través de las modalidades son representadas en diferentes partes de la corteza cerebral. Su integración como parte de un estado coherente o de percepción cognitiva es el resultado de la red de distribución de procesos en grandes partes del cerebro.
* Cuando una persona está cognitivamente en reposo o en silencio, el cerebro se involucra en un patrón característico de actividad neuronal dinámica, el perfil de espacio-temporal de este patrón es moldeado por una estructura intrincada de red de fibras nerviosas y de sus vías.
* Los cambios en la información sensorial o los resultado en tareas cognitivas son patrones muy específicos de activación cerebral. Estos patrones son los efectos de las perturbaciones dinámicas de una red compleja y continuamente activa.
* Los resultados de un trauma cerebral y su enfermedad son importantes y de largo déficit neurológico. Estos insultos son resultado en daños estructurales de la red, y la extensión y localización de la alteración pueden informar a las predicciones sobre la naturaleza y gravedad de la disfunción cognitiva, así como el potencial de recuperación y respuesta compensatoria.
* El rendimiento cognitivo presenta una variación significativa entre los individuos sanos. El análisis de la conectividad del cerebro comienza a establecer vínculos entre las variaciones individuales en el comportamiento/conocimiento y las variaciones en las redes del cerebro.
* Comportamiento y cambio cognitivo en el desarrollo y la vida entera. El crecimiento y la maduración de las conexiones anatómicas en el cerebro modifican el rango de respuestas neurales y las capacidades cognitivas.
* El cerebro y el cuerpo están dinámicamente juntos a través de ciclos continuos de acción y percepción. Haciendo que el movimiento corporal, las redes cerebrales pueden estructurar sus propios insumos y modular su propia dinámica interna (embodied, algo que ya he introducido en «La cognición corpórea: hacia un conocimiento en acción«).
Estas y otras preguntas clave de la neurociencia puede ser abordado de manera productiva y desde la perspectiva de redes complejas. Constituyen el tema central de la materia de este libro que he reseñado. Hay todavía mucho camino por recorrer. Hay que comenzar, creo yo, por definir las redes del cerebro y las medidas de esa red y luego cuales son los fundamentos de la conectividad cerebral.
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