Nuestro cerebro está conectado entre diferentes áreas cerebrales que son fundamentales en los diferentes procesos cognitivos. Estas conexiones se van desarrollando progresivamente en la vida, es más, hay estudios que reflejan que a los quince días de haber nacido ya existe un mapa de conexiones que se va formando con la estimulación cognitiva y el ejercicio físico. El modelo del conectoma nos acerca a una nueva visión del funcionamiento del cerebro.

La mayoría de los estudios utilizan técnicas de imagen cerebral, como la magnetoencefalografía (MEG), la electroencefalografía (EEG) o la Imagen de Tensor de Difusión por Resonancia Magnética (DTI-MRI). “Nuestros científicos también llevan a cabo investigación básica sobre los procesos de control de la memoria, las emociones y el lenguaje, investigación aplicada en epilepsia, adicciones y otras enfermedades neurodegenerativas, asimismo desarrollan nuevos enfoques para el análisis de datos de imagen cerebral funcional”, explica Fernando Maestú, Director del Laboratorio de Neurociencia Cognitiva y Computacional (LNCyC) y Catedrático de Psicología Básica de la UCM.

¿Qué es el conectoma?

El científico Santiago Ramón y Cajal fue el primero en descubrir que la conectividad entre células era la base de lo que era la cognición. Por eso, de manera progresiva vamos esculpiendo estos patrones de conexiones a través de nuestras experiencias personales. El término “conectoma” se refiere a la matriz de conexiones altamente organizadas del cerebro humano. En número, tenemos 86.000 millones de neuronas y 500 billones de sinapsis.

“El núcleo de la investigación se centra en las bases cognitivas, anatómicas y genéticas de la enfermedad de Alzheimer y los estadios de deterioro cognitivo previos”

“Durante mucho tiempo el estudio de los procesos cognitivos ha sido abordado desde una perspectiva localizacionista, donde cada función cognitiva se relaciona con zonas específicas del cerebro. Sin embargo, en los últimos años y tras potentes investigaciones científicas, se ha producido un cambio de paradigma poniendo énfasis en la red de conexiones neurales existente entre las distintas zonas de cerebro”. En esa línea de investigación trabaja Maestú con el “Proyecto Conectoma Humano”, enmarcado en una serie de proyectos multiescala de gran alcance como es el “Human Brain Project”. Su objetivo es describir y explicar el conectoma humano, con el objetivo último de relacionar la estructura cerebral con la función y el comportamiento humano.

Líneas de investigación

En el Centro de Tecnología Biomédica y específicamente en el Laboratorio de Neurociencia Cognitiva y Computacional (UCM-UPM), profundizan en estudios e investigaciones que intentan demostrar que, con pruebas neurofisiológicas, como el Electroencefalograma (EEG) o la Magnetoencefalografía (MEG), se pueden obtener perfiles de actividad cerebral “que nos permitan tener un biomarcador de riesgo de desarrollo de la enfermedad. Son técnicas completamente no-invasivas, es decir, registran lo que de forma natural se genera en nuestro cerebro (la actividad eléctrica y su campo magnético), son muy sencillas en su aplicación y no requieren más que la colocación de un gorro de EEG sobre el pelo del participante o, en el caso del MEG, sólo introducir la cabeza en un casco con sensores de campo magnético”, señala el investigador.

El equipo de trabajo en el que participa Maestú lleva 20 años desarrollando modelos de análisis de la señal derivada del EEG y del MEG para poder obtener estos signos biológicos que permitan ayudar a determinar qué personas están en riesgo de padecer una demencia. “Con ellas hemos conseguido demostrar que las personas en diferentes fases del proceso de la enfermedad de Alzheimer muestran una serie de patrones indicadores de un deterioro neurofisiológico”, desvela desde su laboratorio.

“El objetivo del ‘Proyecto Conectoma Humano’ es describir y explicar el conectoma humano, con el fin de relacionar la estructura cerebral con la función y el comportamiento humano”

Entre los hitos más importantes de su carrera investigadora cabe señalar que su grupo de profesionales se ha convertido en referencia internacional en la investigación de la Enfermedad de Alzheimer con MEG, describiendo las alteraciones de las redes funcionales en reposo y durante la realización de tareas de memoria en diversos estadios de la enfermedad.

Este equipo de investigadores ha explorado cómo factores genéticos, de daño en la sustancia blanca (conectividad anatómica) o la acumulación de proteína Tau y amilode afectan a dicha organización funcional y, por tanto, al sistema cognitivo. Adicionalmente, han desarrollado líneas de trabajo para explorar la plasticidad cerebral y cómo las intervenciones neuropsicológicas son capaces de modificar la organización funcional de la red y mejorar la cognición de pacientes con patologías neurológicas.

Cerebro y redes neurales funcionales

El cerebro es un órgano en constante cambio, a pesar de tener una determinada fisiología, las experiencias vitales moldean la forma en la que se conecta. Por lo tanto, la función es algo totalmente dependiente de las redes que conectan las diferentes partes de la corteza. En el desarrollo del cerebro y la materia gris –expone Maestú – las diferentes neuronas que lo conforman se organizan con determinados patrones en función de nuestra genética, pero sobre todo por las experiencias vitales. De este patrón de conexión se derivan todas las funciones que desarrolla el cerebro, desde recuerdos, formas de comportamiento social o patrones atencionales, hasta las distintas programaciones del movimiento que cada persona realiza para llevar a cabo la misma tarea.

El desarrollo del estudio de las redes neuronales supone un gran avance para ramas clínicas como la neuropsicología o la neuropsiquiatría, ya que el entendimiento de los patrones de conexión cerebrales ayuda enormemente a la comprensión de muchas enfermedades que no sólo tienen su origen en el daño de ciertas estructuras cerebrales, sino que se extiende a las conexiones subyacentes. Entendiendo así la relevancia de las conexiones cerebrales, es fácil comprender que cualquier patología neurológica implica una perturbación en las redes cerebrales y que su estudio resulta determinante.

Sobre Fernando Maestú

Fernando Maestú es Director del Laboratorio de Neurociencia Cognitiva y Computacional (LNCyC) y Catedrático de Psicología Básica de la UCM. En él trabaja un grupo de investigación interdisciplinar que reúne a investigadores especializados en cognición y computación, así como a investigadores clínicos, con el objetivo común de conocer el modo en que las funciones cognitivas superiores y las enfermedades neuropsiquiátricas se relacionan con la actividad cerebral. El núcleo de la investigación se centra en las bases cognitivas, anatómicas y genéticas de la enfermedad de Alzheimer y los estadios de deterioro cognitivo previos, con la mirada puesta en el desarrollo de biomarcadores para el diagnóstico y tratamiento tempranos.