El acoplamiento estructura-función del cerebro proporciona firmas para la decodificación de tareas y la huella individual

Las firmas cerebrales de actividad funcional han mostrado resultados prometedores tanto en la decodificación de estados cerebrales, es decir, en distinguir entre diferentes tareas, como en la huella digital, que implica identificar individuos dentro de un gran grupo. Es importante destacar que estas firmas cerebrales no tienen en cuenta la anatomía cerebral subyacente sobre la cual se realiza la función cerebral. El acoplamiento estructura-función basado en el procesamiento de señales de grafos (GSP) ha revelado recientemente un gradiente espacial significativo que va de regiones unimodales a transmodales, en promedio en sujetos sanos durante el estado de reposo. Aquí, exploramos la especificidad del acoplamiento estructura-función para distintos estados cerebrales (tareas) y sujetos individuales. Utilizamos imágenes de resonancia magnética multimodal de 100 sujetos sanos no relacionados del Proyecto Conectoma Humano tanto durante el reposo como en siete tareas diferentes y adoptamos un enfoque de clasificación de máquinas de soporte vectorial para la decodificación y la huella digital, con diversas configuraciones de validación cruzada. Encontramos que las medidas de acoplamiento estructura-función permiten clasificaciones precisas tanto para la decodificación de tareas como para la huella digital. En particular, la información clave para la huella digital se encuentra en la porción más liberal de las señales funcionales, con contribuciones notablemente localizadas en la red frontoparietal. Además, la porción liberal de las señales funcionales mostró una fuerte correlación con rasgos cognitivos, evaluados con análisis de mínimos cuadrados parciales, corroborando su relevancia para la huella digital. Al introducir una nueva perspectiva sobre el filtrado de señales basado en GSP y la descomposición de FC, estos resultados muestran que el acoplamiento estructura-función del cerebro proporciona una nueva clase de firmas de cognición y organización cerebral individual en reposo y durante tareas. Además, ofrecen información para aclarar el papel de las frecuencias espaciales bajas y altas del conectoma estructural, lo que lleva a una nueva comprensión de dónde se puede encontrar información clave de acoplamiento estructura-función para caracterizar individuos a través del espectro gráfico del conectoma estructural.