Un método matemático para aprender a leer la ‘partitura’ cerebral

En 1861, el médico francés Paul Broca examinó el cerebro de un paciente que apenas podía pronunciar una palabra: tan. Al abrir el cráneo tras su muerte, descubrió una lesión en el lóbulo frontal izquierdo. Aquella observación cambió para siempre la neurología: el lenguaje tenía dirección, coordenadas y, de algún modo, un ‘director de orquesta’. Más de siglo y medio después, la ciencia sigue afinando el oído para comprender esas conexiones invisibles que se forman, se desplazan y se adaptan, sobre todo en la infancia.

En la actualidad, un equipo de investigación de la Universidad de Málaga ha dado un paso más en esta sinfonía cerebral, desarrollando un método basado en técnicas estadísticas avanzadas y de inteligencia artificial que permite analizar de forma precisa cómo se coordinan las diferentes áreas cerebrales. Este enfoque es aplicable a contextos como el estudio de enfermedades neurodegenerativas como el Alzheimer o el Parkinson, el lenguaje o el desarrollo de neurotecnologías.

Este enfoque es aplicable a contextos como el estudio de enfermedades neurodegenerativas como el Alzheimer o el Parkinson, el lenguaje o el desarrollo de neurotecnologías.

El sistema detecta patrones de comunicación entre regiones cerebrales, incluso cuando la señal está incompleta o distorsionada. La clave está en que aprende de los datos y mejora con el tiempo, de forma similar a cómo un niño ajusta su pronunciación al escuchar nuevas palabras.

Más allá de la conexión

Para validar el modelo, el equipo ha utilizado una muestra de datos del equipo de investigación  del proyecto LEEDUCA de la Universidad de Málaga que incluye pruebas de  electroencefalografía (EEG) hechas en niños de entre cuatro y ocho años. Así, han comprobado cómo evolucionan las señales del cerebro en diferentes perfiles de niños en función de sus capacidades lectoras. 

La principal ventaja de esta propuesta, respecto a técnicas más tradicionales, es que permite conocer la dirección de la comunicación entre regiones cerebrales. Esto es, se pueden mostrar  que dos zonas están conectadas, y cuál de ellas inicia la comunicación y cuál la recibe. A esta ventaja se suma la incertidumbre en la detección, lo que nos permite identificar qué conexiones  son más fiables y cuáles de ellas han sido fruto de un hallazgo fortuito. “Hasta ahora, otros métodos analizaban la señal una sola vez, como quien mide cuánto tarda en llegar al trabajo un único día. En nuestro caso, estudiamos el efecto cientos de veces, observando cómo unas ondas influyen sobre otras, y nos centramos únicamente en aquellas conexiones que se reproducen con mucha probabilidad”, explica Diego Castillo Barnes, investigador de la Universidad de Málaga, en declaraciones a la Fundación Descubre.

El sistema detecta patrones de comunicación entre regiones cerebrales, incluso cuando la señal está incompleta o distorsionada

El cerebro se coordina a través de ondas eléctricas: algunas lentas, otras rápidas, cada una con su papel. A veces, una onda lenta marca el compás (como un tambor) y una rápida ajusta su intensidad siguiendo ese ritmo (como una guitarra eléctrica). Esta coordinación, conocida como acoplamiento fase-amplitud, es esencial para que distintas áreas trabajen en armonía.

En la base de datos empleada para evaluar el modelo, se observaron diferencias en los patrones de conectividad más habituales durante la lectura. En lugar de señalar un área concreta, lo que refleja el análisis es que varias regiones cerebrales interactúan de forma distinta en función del perfil de la persona. Es como si dentro de una orquesta, algunos instrumentos tomaren un papel diferente en la melodía: no desaparecen; sino que participan de otro modo en la coordinación general.

Otras aplicaciones

Aunque el estudio se ha centrado en la lectura infantil, el modelo puede aplicarse a otros campos: 

• Envejecimiento
• Enfermedades neurodegenerativas.
• Análisis del lenguaje.
• Tecnologías que conectan el cerebro con dispositivos digitales.

El equipo quiere extender este modelo al estudio de la epilepsia, con la intención de anticipar episodios mediante la detección temprana de cambios en la actividad cerebral. El objetivo a medio plazo es contribuir a mejorar la atención médica mediante herramientas que permitan identificar alteraciones antes de que se produzcan.

Hace más de un siglo Broca pensaba que funciones como el lenguaje podían localizarse en una zona concreta del cerebro. En la actualidad, la ciencia ha demostrado que se trata de un proceso mucho más complejo, en el que participan distintas áreas conectadas entre sí. Además, el cerebro muestra cierta capacidad de adaptación: cuando una región no puede desempeñar plenamente su papel, otras pueden asumir parte de la función, modificando el “timbre” de la melodía, pero manteniendo el sentido general de la misma.