Los neurocientíficos deben dominar los ritmos de la percepción para comprender la disfunción

Puede resultar muy útil observar los píxeles de tu teléfono bajo un microscopio, pero no si tu objetivo es entender lo que muestra todo el vídeo en la pantalla. La percepción es el mismo tipo de propiedad que surge en el cerebro. Esto sólo puede entenderse observando cómo millones de células trabajan en conjunto, afirman tres neurocientíficos del MIT. En un nuevo artículo, exponen un marco para comprender cómo surge el pensamiento a partir de la coordinación de la actividad neuronal impulsada por campos eléctricos oscilantes, también conocidos como “ondas” o “ritmos” cerebrales.

Históricamente, los ritmos cerebrales han sido descartados como meros subproductos de la actividad neuronal, pero en realidad son esenciales para su regulación, escriben el profesor Picower Earl Miller y los científicos Scott Brincat y Jefferson Roy en Current Opinion in the Behavioral Sciences. Si bien los neurocientíficos han adquirido enormes conocimientos al estudiar cómo se comunican las células cerebrales individuales y cómo y cuándo se «disparan» para enviar impulsos a través de circuitos específicos, también existe la necesidad de apreciar y aplicar nuevos conceptos a la escala del ritmo cerebral, que puede abarcar una sola etapa. o incluso múltiples regiones del cerebro.

«Los picos y la anatomía son importantes, pero en el cerebro suceden más cosas más allá de eso», dijo el investigador principal Miller, miembro de la facultad del Instituto Picower para el Aprendizaje y la Memoria y del Departamento de Ciencias Cognitivas y del Cerebro del MIT. «Hay muchas funciones que ocurren en un nivel superior, especialmente la cognición».

Los riesgos de estudiar el cerebro a esta escala pueden incluir comprender no sólo las funciones de salud de nivel superior, sino también cómo estas funciones se ven alteradas en las enfermedades, escribieron los investigadores.

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«Muchos trastornos neuropsiquiátricos, como la esquizofrenia, la epilepsia y la enfermedad de Parkinson, implican la alteración de propiedades emergentes como la sincronía neuronal», escribieron. «Esperamos que comprender cómo interpretar e interactuar con estas propiedades emergentes sea fundamental para desarrollar tratamientos eficaces y comprender la cognición».

El surgimiento de ideas.

Los investigadores escribieron que el puente entre el tamaño de las neuronas individuales y la coordinación más amplia de muchas células depende de los campos eléctricos. A través de un fenómeno llamado “acoplamiento repentino”, el campo eléctrico generado por la actividad de una neurona puede afectar el voltaje de las neuronas vecinas, creando un alineamiento entre ellas. De este modo, los campos eléctricos reflejan la actividad neuronal pero también influyen en ella. en Papel en 2022Miller y sus colegas demostraron mediante experimentos y modelos computacionales que la información codificada en campos eléctricos generados por grupos de neuronas se puede leer de manera más confiable que la información codificada por picos de células individuales. En 2023, el laboratorio de Miller proporcionó evidencia de que los campos eléctricos rítmicos pueden ser tan Formatear recuerdos Entre regiones.

En esta escala más amplia, en la que los campos eléctricos rítmicos transportan información entre regiones del cerebro, el laboratorio de Miller ha publicado varios estudios que muestran que los ritmos de baja frecuencia en el rango llamado «beta» se originan en capas más profundas de la corteza cerebral y Parece estar organizado La fuerza de los ritmos “gamma” de frecuencia más rápida en las capas más superficiales. Al registrar la actividad neuronal en el cerebro de animales que participan en juegos de memoria de trabajo, el laboratorio demostró que los ritmos beta transportan señales «de arriba hacia abajo» para controlar cuándo y dónde los ritmos gamma pueden codificar información sensorial, como qué imágenes necesitan recordar los animales. el juego.

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Algunas de las últimas pruebas de laboratorio sugieren que los ritmos beta aplican este control de los procesos cognitivos a zonas físicas de la corteza cerebral, actuando esencialmente como plantillas que determinan dónde y cuándo los gamma pueden codificar información sensorial en la memoria o recuperarla. Según esta teoría, que Miller llama «Computación espacial«, una versión de prueba de esto puede generar las reglas generales de la tarea (por ejemplo, la rotación hacia adelante y hacia atrás necesaria para desbloquear una cerradura de combinación), incluso cuando el contenido de la información específica cambia (por ejemplo, nuevos números cuando cambia la combinación) Más En general, esta arquitectura permite a las neuronas codificar de manera flexible más de un tipo de información a la vez, escriben los autores, una propiedad neuronal ampliamente observada llamada «selectividad mixta» que se asigna, en función de la corrección experimental encontrada en ella, a la específica. Paso del proceso de desbloqueo de interés del número.

En el nuevo estudio, Miller, Brincat y Roy proponen otra característica consistente con el control cognitivo que se basa en la interacción de actividad rítmica coordinada a gran escala: la «codificación subespacial». Esta idea postula que los ritmos cerebrales regulan la gran cantidad de resultados posibles que podrían resultar de, digamos, 1.000 neuronas que participan en una actividad de pico independiente. En lugar de tantas posibilidades combinatorias, en realidad surgen menos «subespacios» de actividad, porque las neuronas están coordinadas, no independientes. Es como si el pico de neuronas fuera como una bandada de pájaros coordinando sus movimientos. Las diferentes fases y frecuencias de los ritmos cerebrales proporcionan esta coordinación, armonizándose para amplificarse entre sí o compensándose para evitar interferencias. Por ejemplo, si es necesario recordar una información sensorial, la actividad neuronal que la representa puede protegerse de interferencias cuando se percibe nueva información sensorial.

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«De este modo, organizar las respuestas neuronales en subespacios puede separar e integrar información», escriben los autores.

Los investigadores escribieron que el poder de los ritmos cerebrales para coordinar y organizar el procesamiento de la información en el cerebro es lo que permite que la cognición funcional surja a esta escala. Por tanto, comprender la cognición en el cerebro requiere estudiar los ritmos.

«El estudio de componentes neuronales individuales de forma aislada (neuronas individuales y sinapsis) ha hecho enormes contribuciones a nuestra comprensión del cerebro, y siguen siendo importantes», concluyeron los investigadores. «Sin embargo, cada vez está más claro que para comprender completamente la complejidad del cerebro, estos componentes deben analizarse en conjunto para identificar, estudiar y correlacionar sus propiedades emergentes».

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