Recerca

Àrea 4

Neurociència de Sistemes

Responsable de l'equip

Objectius estratègics

El creixent coneixement de la fisiologia sinàptica i dels circuits cerebrals, juntament amb el desenvolupament de nous instruments per registrar, analitzar i modelar l'activitat d'una gran quantitat de neurones, ha permès adreçar un dels grans reptes que la neurociència tenia pendents: comprendre la relació que hi ha entre l'activitat de la població neuronal i el rendiment conductual. L'objectiu del grup de neurociència de sistemes és abordar aquest repte amb una combinació d'enfocaments teòrics i experimentals.

Principals línies de recerca
  • Mecanismes de generació i control de l'activitat elèctrica en xarxes neuronals, concretament a l'escorça cerebral. 
  • Mecanismes de sincronització de l'activitat neuronal en xarxes corticals. 
  • Mecanismes de les xarxes corticals distribuïdes implicats en l'atenció selectiva, la memòria de treball i el control executiu. 
  • Ús de la realitat virtual en neurociència.

1. Xarxes corticals i EVENT Lab (Entorns virtuals en neurociències i tecnologia). Línia dirigida per la Dra. María Victoria Sánchez (IDIBAPS) 
La connectivitat neuronal i les propietats cel·lulars i sinàptiques determinen i donen forma a l'activitat de la població emergent (espontània o invocada) generada per les xarxes neuronals. Aquesta activitat té efectes en la xarxa, amb la regulació de mecanismes rellevants com la plasticitat sinàptica. Ens interessem per diversos aspectes de l'activitat generada: els mecanismes que la regulen, la informació que codifica i les conseqüències d'aquesta activitat té en la xarxa. 

Els canvis en l'estructura funcional del còrtex cerebral produeixen patrons alterats de l'activitat emergent. Ho estem estudiant en ratolins transgènics que són models de diferents malalties neurològiques. La comprensió d'aquests canvis ens ofereix suggeriments sobre els mecanismes subjacents a aquests processos i la seva possible reversió amb el tractament.

Finalment, la integració de la informació cortical que dóna lloc a la representació corporal i la combinació d'interfícies cervell-ordinador i realitat virtual per tal de comprendre aquests processos, és una altra línia de recerca del nostre grup, com a part de l'EVENT Lab.

2. Neurobiologia teòrica de les xarxes corticals. Línia dirigida pel Dr. Albert Compte (IDIBAPS) 
Investiguem els mecanismes que sostenen la memòria de treball i les discriminacions guiades per la memòria en xarxes neuronals del còrtex cerebral. Estudiem el paper de la connectivitat dels microcircuits, els bucles de retroalimentació intracortical de llarg abast i la dinàmica sinàptica en el manteniment de records actius durant breus períodes de temps. Hem formulat la nostra hipòtesi quantitativament en models de xarxa computacional, hem comprovat les seves prediccions conductuals en experiments psicofísics i hem analitzat les dades neurals dels laboratoris col·laboradors per validar o refutar els mecanismes proposats.

3. Dinàmica del circuit cortical. Línia dirigida pel Dr. Jaime de la Rocha (IDIBAPS) 
Estudiem els mecanismes neuronals subjacents a la percepció i la presa de decisions. En concret, estem interessats en la base neural de la representació auditiva, la seva dependència en l'estat del cervell i de l'expectativa. Investiguem la generació de l'expectativa que depèn d'experiències anteriors i el seu impacte en la percepció. Ens interessa esbrinar com els circuits corticals integren l'historial d'estímuls i recompenses de diversos assaigs anteriors, com aquesta informació es transforma en expectatives favorables i com aquestes expectatives es combinen amb informació de l'estímul per produir decisions. Les nostres tècniques inclouen enregistraments corticals en rates actives, anàlisi quantitatiu i modelització computacional. 

Grup de recerca

Neurobiologia Teòrica de Circuits Corticals

Albert Compte

(IDIBAPS)

Les nostres recerques van adreçades a comprendre els mecanismes que operen en el microcircuit cortical per dur a terme computacions rellevants per al comportament. Les eines que utilitzem són models de xarxes corticals implementats en ordinador amb plausibilitat biològica, així com eines d'anàlisi de dades tècnicament sofisticades. Treballem paral·lelament en dos nivells. Per una banda, modelem l'activitat del microcircuit cortical per entendre i quantificar els mecanismes subjacents de la generació d'activitat poblacional en el circuit. Per altra banda, estudiem les bases fisiològiques de les capacitats cognitives com la memòria de treball i l'atenció selectiva i la seva disfunció en malalties psiquiàtriques.

Grup de recerca

Dinàmica de Circuits Corticals

JAIME DE LA ROCHA

Estudiem els mecanismes dels circuits neuronals subjacents a funcions cognitives com la percepció, la presa de decisions i la memòria. Per a això entrenem rates i ratolins per realitzar tasques senzilles de discriminació perceptiva i tractem de caracteritzar les variables que determinen el seu comportament (per exemple, característiques de l'estímul, brain state, la memòria a curt termini, etc.). El nostre objectiu és determinar les àrees del cervell on es representen aquestes variables i la dinàmica del circuit subjacent al seu processament. Per exemple estem interessats en la generació de l'activitat cortical en curs (ongoing activity), la seva relació amb la variabilitat neuronal i el seu impacte en el comportament. També estudiem com es genera l'expectativa a partir de les experiències recents i com afecta a la representació dels estímuls sensorials. Per abordar aquestes qüestions, combinem enregistraments corticals de població, anàlisi quantitativa i modelització computacional. A més a més apliquem aquesta metodologia per entendre els mecanismes subjacents a alguns dèficits cognitius característics de trastorns neuronals com l'encefalitis anti-NMDAR o l’esquizofrènia.