•Notícia

Aquest fenomen pot explicar els mecanismes que originen i caracteritzen l’activitat elèctrica espontània dels teixits neuronals, un aspecte de gran rellevància en l’àmbit de la neurociència. En l’estudi també s’apunta que aquest comportament es pot utilitzar per descriure també altres sistemes similars en àmbits molt diferents, com ara la propagació de rumors en les xarxes socials.
El treball l’ha dut a terme un equip d’investigadors catalans de la Universitat de Barcelona, encapçalats pels doctors Jaume Casademunt i Jordi Soriano, juntament amb els investigadors Javier G. Orlandi i Sara Teller. També hi ha col·laborat Enric Álvarez, del Departament de Física Aplicada de la UPC.

Les xarxes neuronals cultivades fora del seu entorn natural són un sistema model relativament senzill que aporta una eina de gran interès per estudiar el comportament col·lectiu de les neurones. Aquests cultius es preparen a partir de neurones en estadis primerencs del seu desenvolupament. Al cap de pocs dies, les neurones han format espontàniament una xarxa de connexions que presenta una rica activitat elèctrica.

Aquesta activitat s’inicia amb l’emissió aleatòria i descoordinada de les neurones individuals (el que es coneix com a soroll) i evoluciona a un estat d’activitat coherent en què totes les neurones s’activen de manera simultània seguint un patró que Jaume Casademunt, professor del Departament d’Estructura i Constituents de Matèria de la UB, qualifica de “sorprenentment harmònic”. D’aquesta manera, “espontàniament, emergeix un comportament perfectament orquestrat de milers de neurones sense necessitat d’un director d’orquestra, és a dir, sense cap element coordinador diferenciat que actuï de líder”», afegeix l’investigador.

Tal com apunta Jordi Soriano, investigador Ramón y Cajal del mateix Departament de la UB i pioner en l’experimentació en cultius neuronals a Catalunya, “aquest fenomen estaria present en tots els teixits neuronals en estats primerencs del seu desenvolupament i pot ser clau a l’hora d’establir les pautes d’activitat espontània dels diferents teixits neuronals, un aspecte d’importància capital en neurociència”.

L’estudi d’aquests patrons de comportament ens permet comprendre com estan programades les neurones com a unitats elementals del sistema nerviós, i quines són les forces primàries que en regeixen el comportament. Aquestes forces defineixen la base sobre la qual actuen els diferents agents biològics que controlen el procés de desenvolupament del sistema nerviós en els organismes vius.

El fenomen s’explica pel que els investigadors catalans han batejat com a focalització del soroll (noise focusing, en anglès). Segons això, es produeix una concentració del soroll en un punt de la xarxa, que no és sempre el mateix i que depèn de la xarxa en el seu conjunt. En aquest punt s’origina una ona que es propaga a la resta de la xarxa i fa que es comporti de manera sincronitzada.

L’origen físic del fenomen, que es produeix per la combinació de la dinàmica d’excitació de les neurones i les propietats estadístiques de les xarxes de connexió, suggereix que també es pot aplicar a l’estudi d’altres fenòmens col•lectius similars en àmbits molt diferents com ara la generació i propagació de rumors en xarxes socials.

En aquesta recerca, especialment ben valorada des de la publicació Nature Physics, l’investigador de la UPC Enric Álvarez, del grup de recerca en Física No-Lineal i Sistemes Fora de l´Equilibri, ha contribuït en el disseny de la simulació i en l’anàlisi de les dades de les simulacions.