Neurona humana. Imagen: Wei-Chung Allen Lee et al. Fuente: Wikipedia.
Saber cómo se comunican las neuronas cuando el cerebro está llevando a cabo una tarea cognitiva es un conocimiento esencial para el estudio del procesamiento cerebral de la información. Sin embargo, es un tema que ha sido tradicionalmente poco estudiado debido a la dificultad de registrar simultáneamente la actividad de neuronas individuales durante las diferentes etapas de la ejecución de la tarea.
En un trabajo publicado recientemente en la revista PNAS se ha cuantificado la interacción temporal entre la actividad eléctrica de neuronas de cinco áreas corticales de dos primates -las áreas corticales sensoriales (S1 y S2), premotoras (MPC, DPC) y motoras (M1)-, mientras los individuos llevaban a cabo una labor de discriminación somatosensorial en que debían indicar con el movimiento de la mano que estímulo recibido tenía mayor intensidad.
La investigación ha sido liderada por Gustavo Deco, investigador ICREA del Departamento de Tecnologías de la Información y las Comunicaciones y director del Centro de Cognición y Cerebro de la Universidad Pompeu Fabra, junto con Ranulfo Romo, investigador de la Universidad Nacional Autónoma de México.
El estudio ha consistido en la estimación matemática de las interdependencias que se establecen entre los trenes de potenciales de acción de cada par de neuronas como consecuencia de las diferentes etapas de la tarea cognitiva: percepción, memoria, toma de la decisión y actividad motora.
Deco y Adrián Tauste, director y primer autor del trabajo, respectivamente, han constatado que para llevar a cabo la tarea cognitiva, "son necesarias dependencias bidireccionales entre áreas sensoriales y motoras que se mantienen incluso durante intervalos de la tarea en que las neuronas por sí solas no codifican información sobre el estímulo y / o respuesta", señalan en la nota de prensa de la universidad.
En un trabajo publicado recientemente en la revista PNAS se ha cuantificado la interacción temporal entre la actividad eléctrica de neuronas de cinco áreas corticales de dos primates -las áreas corticales sensoriales (S1 y S2), premotoras (MPC, DPC) y motoras (M1)-, mientras los individuos llevaban a cabo una labor de discriminación somatosensorial en que debían indicar con el movimiento de la mano que estímulo recibido tenía mayor intensidad.
La investigación ha sido liderada por Gustavo Deco, investigador ICREA del Departamento de Tecnologías de la Información y las Comunicaciones y director del Centro de Cognición y Cerebro de la Universidad Pompeu Fabra, junto con Ranulfo Romo, investigador de la Universidad Nacional Autónoma de México.
El estudio ha consistido en la estimación matemática de las interdependencias que se establecen entre los trenes de potenciales de acción de cada par de neuronas como consecuencia de las diferentes etapas de la tarea cognitiva: percepción, memoria, toma de la decisión y actividad motora.
Deco y Adrián Tauste, director y primer autor del trabajo, respectivamente, han constatado que para llevar a cabo la tarea cognitiva, "son necesarias dependencias bidireccionales entre áreas sensoriales y motoras que se mantienen incluso durante intervalos de la tarea en que las neuronas por sí solas no codifican información sobre el estímulo y / o respuesta", señalan en la nota de prensa de la universidad.
Una comunicación neuronal para cada tarea
"Curiosamente, los resultados indican que, cuando el cerebro deja de hacer la tarea estas correlaciones neuronales desaparecen en gran medida, incluso en presencia del mismo tipo de estímulo", han añadido.
Estas dependencias bidireccionales entre neuronas se activan y se desactivan en función de los valores del estímulo y de la respuesta, lo que indica que cada trozo de información relacionada con la tarea viaja a través de un camino neuronal diferenciado.
Además, estas interacciones neuronales ocurren de forma más rápida entre áreas somatosensoriales (S1 y S2), durante los periodos de estimulación y de memoria, que cuando relacionan áreas premotoras y áreas motoras (MPC, DPC, M1) en el momento de la toma de decisión, sugiriendo que la información sensorial y decisional se distribuyen a diferente velocidad.
En conclusión, como explica Tauste, el trabajo "muestra que existe una comunicación neuronal en el cerebro activada específicamente para la realización de una tarea y que las características espaciales y temporales de esta comunicación dependen del tipo de información transmitida".
En el sueño
Otro estudio reciente, dirigido también por Deco, analizó los cambios que se producen en el cerebro durante el sueño. Durante la noche, el sueño de onda lenta sincronizado alterna con el sueño paradójico o desincronizado, de manera que la mayor parte del sueño es del tipo de onda lenta, con intervalos de sueño paradójico. Deco y sus colegas constataron que este cambio no es tanto repentino, sino que es más gradual de lo que se creía.
"Curiosamente, los resultados indican que, cuando el cerebro deja de hacer la tarea estas correlaciones neuronales desaparecen en gran medida, incluso en presencia del mismo tipo de estímulo", han añadido.
Estas dependencias bidireccionales entre neuronas se activan y se desactivan en función de los valores del estímulo y de la respuesta, lo que indica que cada trozo de información relacionada con la tarea viaja a través de un camino neuronal diferenciado.
Además, estas interacciones neuronales ocurren de forma más rápida entre áreas somatosensoriales (S1 y S2), durante los periodos de estimulación y de memoria, que cuando relacionan áreas premotoras y áreas motoras (MPC, DPC, M1) en el momento de la toma de decisión, sugiriendo que la información sensorial y decisional se distribuyen a diferente velocidad.
En conclusión, como explica Tauste, el trabajo "muestra que existe una comunicación neuronal en el cerebro activada específicamente para la realización de una tarea y que las características espaciales y temporales de esta comunicación dependen del tipo de información transmitida".
En el sueño
Otro estudio reciente, dirigido también por Deco, analizó los cambios que se producen en el cerebro durante el sueño. Durante la noche, el sueño de onda lenta sincronizado alterna con el sueño paradójico o desincronizado, de manera que la mayor parte del sueño es del tipo de onda lenta, con intervalos de sueño paradójico. Deco y sus colegas constataron que este cambio no es tanto repentino, sino que es más gradual de lo que se creía.
Referencia bibliográfica:
Adrià Tauste Campo, Marina Martínez Garcia, Verónica Nácher, Rogelio Luna, Ranulfo Romo y Gustavo Deco: Task-driven intra-and interarea communications in primate cerebral cortex. PNAS (2015). doi: 10.1073/pnas.1503937112.
Adrià Tauste Campo, Marina Martínez Garcia, Verónica Nácher, Rogelio Luna, Ranulfo Romo y Gustavo Deco: Task-driven intra-and interarea communications in primate cerebral cortex. PNAS (2015). doi: 10.1073/pnas.1503937112.