“El que primero llega, más se conecta”: regiones centrales en redes cerebrales estructurales evidenciadas por neurogénesis y redes complejas

Abstract

RESUMEN: En este proyecto se han analizado las redes cerebrales humanas con el objetivo de revelar la correlación existente entre la conectividad y la neurogénesis cerebrales, en base a la hipótesis de que las redes cerebrales se rigen por el principio “el que primero llega, más se conecta”. De acuerdo con este principio, las regiones y circuitos cerebrales nacidos tempranamente (que son tempranos también en sentido evolutivo) deben representar los centros de las redes cerebrales y, por lo tanto, desempeñar un papel clave tanto en el cerebro sano como en el enfermo. Una teoría que posibilite identificar circuitos con alta conectividad nos permitiría enfocar investigaciones básicas y clínicas directamente allí donde los instrumentos disponibles no nos permiten mirar aún. La herramienta empleada para llevar a cabo este estudio ha sido la teoría de grafos. Así, las redes cerebrales se han reducido a grafos donde los nodos simulan las diferentes regiones cerebrales y las aristas representan las conexiones entre ellas. Con el fin de evaluar la centralidad de las regiones que componen la red cerebral, se han aplicado diferentes métricas a las matrices de adyacencia de los grafos construidos. Estas métricas han sido empleadas para medir la centralidad de los nodos (regiones cerebrales) que constituyen el grafo y calcular su correlación con la neurogénesis. Finalmente, observamos que bajo las métricas de centralidad, los circuitos más antiguos del cerebro presentan una mayor hubness en los sistemas cerebrales arquitectónicos corroborando la hipótesis inicial. Este enfoque podría arrojar una nueva luz sobre el papel clave de los circuitos cerebrales subcorticales, los circuitos antiguos en términos de evolución y los primeros circuitos creados durante la embriogénesis.

ABSTRACT: This project studies human brain networks focusing on revealing the correlation between brain connectivity and neurogenesis, based on the hypothesis that brain networks are governed by “the older gets richer” principle. According to this principle, early-born brain regions and circuits (which are early also in an evolutionary sense) should represent the hubs of brain networks and thus play a key role in both healthy and diseased brains. The existence of a theory which makes it possible to identify hub regions would allow us to focus on basic and clinical research directly where the instruments are not allowed yet. Graph theory has been the employed tool to perform this study. Thus, brain networks have been reduced to graphs where the nodes simulate the different brain regions and the edges represent the connections between them. In order to evaluate the hubness of the regions composing the brain network, different metrics have been applied on the adjacency matrices. These metrics have been used to measure the hubness of the nodes of the graph (brain regions) and to calculate their correlation with neurogenesis. Finally, we can notice that under centrality metrics, older brain circuits present higher hubness in the structural brain systems. This fact confirms the initial hypothesis. According to this approach, it could shed new light on the key role of subcortical brain circuits, evolutionarily ancient circuits and early circuits created during embryogenesis.