Modelado de la red funcional para la navegación espacial en el cerebro humano

La especificidad funcional es un principio de organización fundamental del cerebro humano, que desempeña un papel crucial en la configuración^{de las funciones} cognitivas. Las anomalías en la organización de la especificidad funcional pueden reflejar deficiencias cognitivas distintivas y las bases patológicas asociadas a los principales trastornos cerebrales, como el autismo y la enfermedad de Alzheimer ^2,3. Si bien las teorías y la investigación convencionales han tendido a centrarse en regiones cerebrales individuales, como el área facial fusiforme (FFA) para el reconocimiento facial⁴ y el área de lugar del parahipocampo (PPA^{) 5} para el procesamiento de escenas, un creciente cuerpo de evidencia sugiere que las funciones cognitivas complejas, incluida la navegación espacial y el lenguaje, requieren una actividad coordinada en múltiples regiones^{cerebrales 6}. Investigar los mecanismos subyacentes a las interacciones en apoyo de funciones cognitivas complejas es una pregunta científica crítica que ayudará a arrojar luz sobre la arquitectura funcional y el funcionamiento del cerebro. Aquí, tomando como ejemplo la navegación espacial, presentamos un método integrador para modelar la red funcional para la navegación espacial en el cerebro humano.

La navegación espacial es una función cognitiva compleja, que implica la integración y manipulación de múltiples componentes cognitivos, como la codificación visoespacial, la memoria y la toma de decisiones⁷. Con la resonancia magnética funcional (fMRI), numerosos estudios han logrado avances significativos en la comprensión del procesamiento cognitivo subyacente y los mecanismos neuronales. Por ejemplo, funciones específicas se han relacionado con diferentes regiones del cerebro utilizando diversas tareas de navegación: el procesamiento de escenas se asocia específicamente con PPA, y la transformación de las estrategias de navegación se asocia con la corteza retroesplenial (RSC)^8,9. Estos estudios proporcionaron información importante sobre las bases neuronales de la navegación espacial. Sin embargo, la navegación es una función internamente dinámica y multimodal, y las funciones de regiones individuales no son suficientes para explicar las grandes diferencias individuales en la navegación espacial¹⁰ que se observan comúnmente.

Con la aparición de la conectómica basada en la resonancia magnética funcional, los investigadores comenzaron a explorar cómo algunas regiones clave del cerebro interactúan entre sí para apoyar la navegación espacial. Por ejemplo, se ha encontrado que la conectividad funcional entre las cortezas entorrinal y cingulada posterior sustenta las discrepancias de navegación en la enfermedad de Alzheimer en riesgo¹¹. En otro estudio, propusimos por primera vez un enfoque de red mediante la integración de métodos de conectoma y casi todas las regiones funcionalmente relevantes (nodos) para la navegación espacial, y los resultados mostraron que las propiedades topológicas de esta red mostraron asociaciones específicas con los comportamientos de navegación¹². Este estudio proporciona nuevos conocimientos sobre las teorías de cómo múltiples regiones del cerebro interactúan entre sí para apoyar comportamientos de navegación flexibles^10,13.

El presente trabajo demuestra una versión actualizada del enfoque integrador para modelar la red funcional. Brevemente, se incluyeron dos actualizaciones: 1) Si bien los nodos definidos en el estudio original se identificaron a partir de una base de datos anterior y más pequeña (55 estudios con 2.765 activaciones, a los que se accedió en 2014), la definición actual se basó en la última base de datos (77 estudios con 3.908 activaciones, a los que se accedió en 2022); 2) para aumentar la homogeneidad funcional de cada ganglio, además del atlas anatómico original AAL (Anatomical Automatic Labeling)¹⁴, aplicamos una nueva parcelación cerebral, que tiene una resolución mucho más fina y una mayor homogeneidad funcional (ver más abajo). Esperábamos que ambas actualizaciones mejoraran el modelado de la red funcional. Este protocolo actualizado proporciona un procedimiento detallado para investigar la base neuronal de la navegación espacial desde una perspectiva de red y ayuda a comprender las variaciones individuales en los comportamientos de navegación en la salud y la enfermedad. Un procedimiento similar también podría utilizarse para el modelado de redes para otros constructos cognitivos (por ejemplo, el lenguaje y la memoria).