Red cerebral a gran escala

Las redes cerebrales a gran escala (también conocidas como redes cerebrales intrínsecas ) son conjuntos de regiones cerebrales generalizadas que muestran conectividad funcional mediante el análisis estadístico de la señal fMRI BOLD ^[1] u otros métodos de registro como EEG , ^[2] PET ^[3] y MEG . ^[4] Un paradigma emergente en neurociencia es que las tareas cognitivas no son realizadas por regiones cerebrales individuales que trabajan de forma aislada, sino por redes que consisten en varias regiones cerebrales discretas que se dice que están "conectadas funcionalmente". Las redes de conectividad funcional se pueden encontrar utilizando algoritmos como el análisis de conglomerados , el análisis de componentes independientes espaciales (ICA), basado en semillas y otros. ^[5] Las regiones cerebrales sincronizadas también se pueden identificar utilizando la sincronización de largo alcance del EEG, MEG u otras señales cerebrales dinámicas. ^[6]

El conjunto de áreas cerebrales identificadas que están vinculadas entre sí en una red a gran escala varía con la función cognitiva. ^[7] Cuando el estado cognitivo no es explícito (es decir, el sujeto está en "reposo"), la red cerebral a gran escala es una red en estado de reposo (RSN). Como sistema físico con propiedades similares a las de un gráfico, ^[6] una red cerebral a gran escala tiene nodos y bordes y no se puede identificar simplemente por la coactivación de áreas cerebrales. En las últimas décadas, el análisis de redes cerebrales se hizo factible gracias a los avances en las técnicas de imágenes, así como a las nuevas herramientas de la teoría de grafos y los sistemas dinámicos .

La Organización para el Mapeo del Cerebro Humano ha creado el grupo de trabajo para la taxonomía armonizada de redes (WHATNET) para trabajar hacia un consenso sobre la nomenclatura de las redes. ^[8] WHATNET realizó una encuesta en 2021 que mostró un alto grado de acuerdo sobre el nombre y la topografía de tres redes: la "red somato", la " red predeterminada " y la "red visual", mientras que otras redes tenían menos acuerdo. Varios problemas dificultan el trabajo de crear un atlas común para las redes: algunos de estos problemas son la variabilidad de las escalas espaciales y temporales, la variabilidad entre individuos y la naturaleza dinámica de algunas redes. ^[9]

Algunas redes cerebrales a gran escala se identifican por su función y proporcionan un marco coherente para comprender la cognición al ofrecer un modelo neuronal de cómo surgen diferentes funciones cognitivas cuando diferentes conjuntos de regiones cerebrales se unen como coaliciones autoorganizadas. El número y la composición de las coaliciones variarán con el algoritmo y los parámetros utilizados para identificarlas. ^{[10] [11]} En un modelo, solo existe la red en modo predeterminado y la red positiva para la tarea , pero la mayoría de los análisis actuales muestran varias redes, desde un puñado pequeño hasta 17. ^[10] Las redes más comunes y estables se enumeran a continuación. Las regiones que participan en una red funcional pueden reconfigurarse dinámicamente. ^{[5] [12]}

Las interrupciones en la actividad de varias redes se han relacionado con trastornos neuropsiquiátricos como la depresión , el Alzheimer , el trastorno del espectro autista , la esquizofrenia , el TDAH ^[13] y el trastorno bipolar . ^[14]

Debido a que las redes cerebrales se pueden identificar en varias resoluciones diferentes y con varias propiedades neurobiológicas diferentes, actualmente no existe un atlas universal de redes cerebrales que se adapte a todas las circunstancias. ^[16] Uddin, Yeo y Spreng propusieron en 2019 ^[17] que las siguientes seis redes deberían definirse como redes centrales basadas en evidencias convergentes de múltiples estudios ^{[18] [10] [19]} para facilitar la comunicación entre investigadores.

• La red neuronal por defecto está activa cuando un individuo está despierto y en reposo. Se activa preferentemente cuando los individuos se concentran en tareas orientadas internamente, como soñar despierto, visualizar el futuro, recuperar recuerdos y la teoría de la mente . Está correlacionada negativamente con los sistemas cerebrales que se concentran en señales visuales externas. Es la red más investigada. ^{[6] [12] [20] [1] [21 ] [22] [15] [10] [23] [24] [25]}

• La red de prominencia consta de varias estructuras, entre ellas la ínsula anterior (bilateral), la corteza cingulada anterior dorsal y tres estructuras subcorticales que son el cuerpo estriado ventral, la sustancia negra/región tegmental ventral. ^{[26] [27]} Desempeña el papel clave de monitorear la prominencia de las entradas externas y los eventos cerebrales internos. ^{[1] [6] [12 ] [21] [15] [10] [23] [25]} Específicamente, ayuda a dirigir la atención al identificar eventos biológicos y cognitivos importantes. ^{[27] [24]}
• Esta red incluye la red de atención ventral, que incluye principalmente la unión temporoparietal y la corteza frontal ventral del hemisferio derecho. ^{[17] [28]} Estas áreas responden cuando aparecen estímulos conductualmente relevantes de forma inesperada. ^[28] La red de atención ventral se inhibe durante la atención focalizada en la que se utiliza el procesamiento de arriba hacia abajo, como cuando se busca algo visualmente. Esta respuesta puede evitar que la atención orientada a un objetivo se distraiga con estímulos no relevantes. Se activa de nuevo cuando se encuentra el objetivo o información relevante sobre el objetivo. ^{[28] [29]}

• Esta red está involucrada en el despliegue voluntario de la atención de arriba hacia abajo. ^{[1] [21] [22] [10] [23] [28] [30] [25]} Dentro de la red de atención dorsal, el surco intraparietal y los campos oculares frontales influyen en las áreas visuales del cerebro. Estos factores de influencia permiten la orientación de la atención. ^{[31] [28] [24]}

• Esta red inicia y modula el control cognitivo y comprende 18 subregiones del cerebro. ^[32] Existe una fuerte correlación entre la inteligencia fluida y la participación de la red frontoparietal con otras redes. ^{[33] [25]}
• Las versiones de esta red también se han denominado red ejecutiva central (o de control ejecutivo) y red de control cognitivo. ^[17]

• Esta red procesa información somatosensorial y coordina el movimiento. ^{[15] [10] [23] [12] [21]} Puede incluirse la corteza auditiva . ^{[17] [10] [25]}

• Esta red se encarga del procesamiento de la información visual. ^{[34] [25]}

Diferentes métodos y datos han identificado varias otras redes cerebrales, muchas de las cuales se superponen en gran medida o son subconjuntos de redes centrales mejor caracterizadas. ^[17]

• Límbico ^{[12] [10] [24] [25]}
• Auditivo ^{[21] [15]}
• Ejecutivo de derecha/izquierda ^{[21] [15]}
• Cerebeloso ^{[22] [15]}
• Atención espacial ^{[1] [6]}
• Idioma ^{[6] [30]}
• Visual lateral ^{[21] [22] [15]}
• Temporal ^{[10] [23]}
• Percepción visual/imaginación ^[30]

• Red compleja
• Red neuronal (biología)