Un equipo internacional y multidisciplinar de investigadores, entre los que se encuentran científicos del IFISC (UIBCSIC), ha publicado un artículo en el que analizan la importancia de los retrasos de transmisión y el desafinado (detuning) de frecuencias en la regulación del flujo de información entre regiones cerebrales. La investigación, publicada en la revista PLoS Computational Biology, demuestra mediante simulaciones numéricas y argumentos analíticos que la cantidad de transferencia de información entre dos poblaciones neuronales oscilantes podría estar determinada por el retardo de su conexión y el desajuste en sus frecuencias de oscilación. 

Entender cómo se encauza y procesa la información dentro del cerebro es fundamental para comprender su funcionamiento. Sin embargo, esta no es una tarea sencilla, ya que el cerebro es un órgano asombrosamente complejo que contiene miles de millones de neuronas, cada una con sus conexiones y su propia dinámica interna. El flujo de información entre poblaciones de neuronas es posible gracias a las interacciones sinápticas, que hacen surgir correlaciones entre la actividad de distintas poblaciones que oscilan colectivamente. Sin embargo, es bien sabido que en las redes de sistemas dinámicos acoplados existen ciertos retardos que son inherentes a la complejidad con la que se conectan los elementos del sistema. Estos retrasos en el cerebro son bastante heterogéneos y su magnitud puede oscilar entre unos pocos milisegundos y decenas de milisegundos. Sin embargo, no ha sido hasta hace relativamente poco tiempo que se ha empezado a estudiar el papel que juegan estos retrasos en la dinámica sináptica.

Para comprobar el papel del retardo y el desafinado de frecuencias en lo eficaz que es la comunicación, los investigadores variaron el retraso de la interacción y el desajuste de las frecuencias naturales de oscilación entre dos poblaciones neuronales acopladas. 

El estudio concluye que para retrasos pequeños la información codificada en la población con mayor frecuencia se transmite a la otra población. En cambio, cuando la información se codifica en la población que oscila a una frecuencia más baja, la otra población es incapaz de recibir la información. Sin embargo, los investigadores afirman que el grado y la dirección de la comunicación efectiva entre dos poblaciones dependen, además de la frecuencia de oscilación, del retardo de la interacción. Esto permite a los científicos prever cómo varía la comunicación eficaz entre dos osciladores acoplados a medida que cambian el retardo y el desajuste de la frecuencia.

Los resultados destacan el papel clave de la curva de respuesta de fase colectiva de las poblaciones neuronales oscilantes para caracterizar la eficacia de la transmisión de señales y la calidad de la transferencia de información en las redes cerebrales. Este resultado se aplica a los dos enfoques clásicos del procesamiento de la información en el cerebro: tanto la codificación mediante ratio de activación y mediante codificación temporal. 

Pariz, A., Fischer, I., Valizadeh, A. i Mirasso, C. (2021). Transmission delays and frequency detuning can regulate information flow between brain regions. PLoS Computational Biology 17(4), e1008129. Doi: https://doi.org/10.1371/journal.pcbi.1008129