Cuando prestamos atención a algo concreto, en medio de múltiples estímulos, las neuronas de distintas partes de nuestro cerebro comienzan a activarse al unísono, como si un coro cantase en mitad del ruido, ha revelado una investigación del McGovern Institute for Brain Research del Instituto Tecnológico de Massachussets (MIT) en Estados Unidos.
Según explica el MIT en un comunicado, gracias a este estudio ha podido establecerse qué regiones del cerebro sirven como conductoras de este “coro neuronal”, que posibilita que centremos nuestra atención en las cosas. Los resultados de la investigación han aparecido publicados en la revista Science.
Actuación al unísono
Los neurocientíficos del McGovern Institute for Brain Research han descubierto que, en concreto, cuando nos fijamos en algo, las neuronas de la corteza prefrontal del cerebro se encienden al unísono y envían señales a la corteza visual para que ésta haga lo mismo.
De esta manera, se generan en el cerebro ondas de alta frecuencia que oscilan entre estas dos regiones cerebrales, espacialmente separadas entre sí.
Las ondas generadas, que son conocidas como oscilaciones gamma, ya habían sido asociadas con la percepción, la atención, el aprendizaje y la conciencia. Estas ondas se producen cuando los conjuntos de neuronas emiten señales eléctricas a una velocidad aproximada de unas 40 veces por segundo.
Según explica el director de la investigación, Robert Desimone, que actualmente dirige el McGovern Institute for Brain Research, “estamos especialmente interesados en las oscilaciones gamma de la corteza prefrontal porque esta región provoca influencias de ida y vuelta sobre otras partes del cerebro”.
“Sabemos que la corteza prefrontal se ve afectada en personas con esquizofrenia, con trastorno por déficit de atención con hiperactividad (TDAH) y otros trastornos cerebrales, y que las ondas gamma también se alteran en estas condiciones. Nuestros resultados sugieren que una sincronía neuronal alterada en la corteza prefrontal del cerebro podría interrumpir la comunicación entre esta región y otras áreas cerebrales, produciendo percepciones, pensamientos y emociones alteradas”, señala el científico.
Cantar en la fiesta
Desimone explica lo que supone la sincronía neuronal utilizando la siguiente analogía: una fiesta abarrotada de gente, que se reparte por diversas habitaciones, hablando sin parar en todas ellas.
Si la gente comienza a levantar la voz aleatoriamente, el ruido de la fiesta aumenta. Sin embargo, sin un grupo de personas en una habitación comienza a cantar al unísono, la gente de la habitación contigua tendrá más probabilidades de escucharlas. Si, además, responde cantando como ellos, las dos habitaciones pueden comunicarse.
En el estudio aparecido en Science, Desimone buscó patrones de sincronía neuronal en dos “habitaciones” del cerebro relacionadas con la atención: el campo ocular frontal (que se encarga de los movimientos conjugados de los ojos, controla los movimientos oculares voluntarios, y es independiente de estímulos visuales), situado dentro de la corteza prefrontal; y la región V4 de la corteza visual.
Esta región V4 se encarga del procesamiento del color, recibe información visual desde otras áreas visuales, y retransmite dicha información visual hacia áreas infotemporales y parietales.
Sincronización neuronal
Dichos patrones de sincronía neuronal fueron buscados en dos monos macacos previamente entrenados para que mirasen múltiples objetos desplegados en una pantalla, y para que se concentrasen en uno de ellos al recibir una señal.
Los científicos registraron la actividad neuronal del campo ocular frontal (corteza prefrontal) y de la región V4 (corteza visual) de los monos, tanto cuando éstos prestaban atención a determinados objetos como cuando los ignoraban.
Así, descubrieron que cuando los monos atendían al objeto designado, las neuronas de ambas áreas mostraban un fuerte incremento en su actividad. Entonces, como si estuvieran conectadas, las oscilaciones establecidas en cada una de las áreas comenzaban a sincronizarse entre sí.
Desimone y sus colaboradores analizaron el cronometraje de la actividad neuronal y descubrieron que la corteza prefrontal se activaba en primer lugar por la atención, seguida por la corteza visual, como si la primera ordenase a la región visual que atendiese.
El desajuste temporal entre la actividad neuronal en estas áreas durante cada ciclo de ondas (de entre 8 y 13 milisegundos, según Science) reflejó la velocidad a la que las señales viajan de una región a otra, indicando asimismo que ambas regiones del cerebro se comunican la una con la otra.
Comunicación gamma
Desimone sospecha que este patrón de oscilación no es únicamente característico de la atención, sino que podría representar también un mecanismo más general de comunicación entre diversas partes del cerebro.
Los hallazgos realizados en los cerebros de los monos respaldan las especulaciones que señalan que la sincronía gamma permite que extensas regiones del cerebro puedan comunicarse rápidamente unas con otras, lo que tiene importantes implicaciones para la comprensión y el tratamiento de trastornos como la esquizofrenia, la discapacidad visual o el déficit de atención.
Según Desimone, estos resultados ayudarían a “pensar cómo se deben estudiar y tratar dichos trastornos encontrando maneras de restaurar los ritmos gamma en las regiones del cerebro afectadas”.
Más información sobre las ondas
Los científicos han estudiado durante más de 50 años las ondas gamma. Por ejemplo, en otro estudio reciente del MIT, el científico Li-Huei Tsai y sus colaboradores indujeron dichas ondas con luz láser aplicada, directamente, al cerebro de ratones, con el fin de analizarlas.
Aplicando una novedosa tecnología conocida como optogenética, que combina la ingeniería genética con la luz para manipular la actividad de células nerviosas individuales, esta investigación ayudó a explicar cómo son producidas las ondas gamma por el cerebro, y el papel de éstas en las funciones cerebrales.
Así, se reveló que las oscilaciones gamma reflejan la actividad sincrónica de una gran red de neuronas interconectadas, y que dichas oscilaciones estarían controladas por una clase específica de células inhibidoras conocidas como interneuronas de pico rápido, explicaron los científicos.
Activando mediante la optogenética dichas interneuronas los científicos indujeron ondas gamma en el cerebro de los ratones, demostrando así por primera vez que es posible inducir un estado específico cerebral activando un tipo de célula específica. El experimento demostró asimismo que los ritmos de estas ondas regulan el procesamiento de las señales sensoriales, lo que respalda la idea de que la sincronía de las ondas gamma son clave en el control de la percepción de los estímulos.
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