Uncovering the large-scale effects and mechanisms of brain disease through whole-brain computational modeling

Abstract

The activity of the brain at rest reveals an intricate functional architecture and yet, the underlying mechanisms generating it are still not well understood. Whole-brain computational models have turned into fundamental tools for exploring these mechanisms as well as to uncover the relationship between structure and function both in the healthy and diseased brain. The results presented here aim to show that these models can be used as unique frameworks for understanding the origin of disease as well as to understand how local alterations have global and systemic eects. These models can be used to alter local dynamics by means of artificial stimulation and lesioning without the need of clinical interventions. Such alterations resonate with empirical observations, pinpointing to the origin of the mechanisms generating disease.

La actividad cerebral en reposo revela una arquitectura funcional compleja. Sin embargo, los mecanismos subyacentes que generan dicha arquitectura no han sido esclarecidos del todo. Los modelos computacionales cerebrales a gran escala se han convertido en herramientas fundamentales para explorar estos mecanismos, asi como para aclarar la relación entre la estructura y función, tanto en el cerebro sano como en cerebros con algún tipo de desorden nuerológico. Los estudios y resultados presentados en esta tesis tienen como objetivo principal el mostrar que estos modelos pueden ser usados como marcos teóricos que permiten un mayor entendimiento del origen de los desórdenes. Estos, pueden ser usados para alterar las dinámicas cerebrales de manera artifical ya sea por estimulación o lesiones artificiales sin ningún tipo de intervención clínica. Observaciones empíricas corroboran estos resultados, lo cual esclarece los posibles mecanismos generadores de los desórdenes cerebrales.