Giro dentado del ratón (la estructura en forma de flecha que apunta hacia la derecha): ciertas neuronas (rojas) se activan durante la inhibición neuronal y juegan un papel importante en este proceso. © Daniel Müller-Komorowska / Uni Bonn
El cerebro tiene varias estrategias para conseguir propósitos cognitivos. Por ejemplo, es capaz de reconocer qué camino debemos seguir para llegar a casa, aunque las calles que nos rodean sean bastante parecidas.
Ya sabemos incluso que representa la incertidumbre del entorno de una forma probabilística, casi matemática, para que podamos tomar las decisiones más acertadas.
Una nueva investigación de la Universidad de Bonn ha descubierto ahora que el mecanismo cerebral que desempeña un papel importante en esta capacidad solo funciona cuando las neuronas se sincronizan en un ritmo especial. Los resultados se publican en eLife.
El ritmo se refiere a los pulsos que realizan las neuronas para transmitir información. Originan fluctuaciones en la actividad cerebral que siguen una dinámica regular.
Sin embargo, hay momentos en los que varía la frecuencia del pulso neuronal. Por ejemplo, cuando dormimos, los pulsos neuronales son más lentos respecto a los que tenemos durante el día.
Mirando en el cerebro de ratones
La nueva investigación ha observado el cerebro de ratones en procesos relacionados con la necesidad de seleccionar información para orientarse en un entorno espacial.
Los científicos querían determinar el mecanismo cerebral que permite diferenciar una ruta correcta de otra errónea para llegar a un destino conocido.
El mecanismo que usa el cerebro para diferenciar imágenes es el mismo que utiliza un programa informático para detectar diferencias entre fotos.
Este software compara imágenes, detecta similitudes y diferencias y marca en negro las coincidencias.
Nuestro cerebro hace algo parecido: utiliza métodos sofisticados de procesamiento de señales para resaltar discrepancias entre el recuerdo que tenemos de una encrucijada.
Al destacar las discrepancias, nos centramos en la calle que nos interesa para llegar a nuestro destino y descartamos (ponemos en negro) las rutas que nos pueden confundir. Sencillamente no las tenemos en cuenta.
Giro dentado
Una estructura cerebral particular, el giro dentado, desempeña un papel importante en este proceso. Se encuentra en el hipocampo, una región que juega un papel importante en los procesos de memoria en los mamíferos.
Sin el giro dentado, los ratones tienen grandes dificultades para detectar pequeños cambios en el entorno. Y es en esa zona donde tiene lugar el mecanismo que hace posible la selección de imágenes convenientes.
Este mecanismo se llama "inhibición de retroalimentación": a través de este proceso, las neuronas implicadas en las imágenes erróneas se inhiben y nos ocultan las rutas que no debemos seguir. Y sin darnos cuenta, tomamos el camino correcto.
Ritmos neuronales
La nueva investigación ha comprobado que esta selección tiene relación con los ritmos de los pulsos neuronales: solo funciona cuando las células nerviosas que reflejan las calles erróneas se sincronizan con el ritmo gamma.
Esta frecuencia de los pulsos de las neuronas es la que consigue la inhibición de las neuronas que señalan las calles equivocadas.
Los investigadores comparan este descubrimiento con lo que pasa en casos de Alzheimer: el cambio en el ritmo cerebral es el que origina los trastornos de memoria.
Algo parecido ocurre cuando nos centramos en la calle correcta: “olvidamos” las que están alrededor para que no nos desviemos de nuestra ruta.
Ya sabemos incluso que representa la incertidumbre del entorno de una forma probabilística, casi matemática, para que podamos tomar las decisiones más acertadas.
Una nueva investigación de la Universidad de Bonn ha descubierto ahora que el mecanismo cerebral que desempeña un papel importante en esta capacidad solo funciona cuando las neuronas se sincronizan en un ritmo especial. Los resultados se publican en eLife.
El ritmo se refiere a los pulsos que realizan las neuronas para transmitir información. Originan fluctuaciones en la actividad cerebral que siguen una dinámica regular.
Sin embargo, hay momentos en los que varía la frecuencia del pulso neuronal. Por ejemplo, cuando dormimos, los pulsos neuronales son más lentos respecto a los que tenemos durante el día.
Mirando en el cerebro de ratones
La nueva investigación ha observado el cerebro de ratones en procesos relacionados con la necesidad de seleccionar información para orientarse en un entorno espacial.
Los científicos querían determinar el mecanismo cerebral que permite diferenciar una ruta correcta de otra errónea para llegar a un destino conocido.
El mecanismo que usa el cerebro para diferenciar imágenes es el mismo que utiliza un programa informático para detectar diferencias entre fotos.
Este software compara imágenes, detecta similitudes y diferencias y marca en negro las coincidencias.
Nuestro cerebro hace algo parecido: utiliza métodos sofisticados de procesamiento de señales para resaltar discrepancias entre el recuerdo que tenemos de una encrucijada.
Al destacar las discrepancias, nos centramos en la calle que nos interesa para llegar a nuestro destino y descartamos (ponemos en negro) las rutas que nos pueden confundir. Sencillamente no las tenemos en cuenta.
Giro dentado
Una estructura cerebral particular, el giro dentado, desempeña un papel importante en este proceso. Se encuentra en el hipocampo, una región que juega un papel importante en los procesos de memoria en los mamíferos.
Sin el giro dentado, los ratones tienen grandes dificultades para detectar pequeños cambios en el entorno. Y es en esa zona donde tiene lugar el mecanismo que hace posible la selección de imágenes convenientes.
Este mecanismo se llama "inhibición de retroalimentación": a través de este proceso, las neuronas implicadas en las imágenes erróneas se inhiben y nos ocultan las rutas que no debemos seguir. Y sin darnos cuenta, tomamos el camino correcto.
Ritmos neuronales
La nueva investigación ha comprobado que esta selección tiene relación con los ritmos de los pulsos neuronales: solo funciona cuando las células nerviosas que reflejan las calles erróneas se sincronizan con el ritmo gamma.
Esta frecuencia de los pulsos de las neuronas es la que consigue la inhibición de las neuronas que señalan las calles equivocadas.
Los investigadores comparan este descubrimiento con lo que pasa en casos de Alzheimer: el cambio en el ritmo cerebral es el que origina los trastornos de memoria.
Algo parecido ocurre cuando nos centramos en la calle correcta: “olvidamos” las que están alrededor para que no nos desviemos de nuestra ruta.
Saliendo del laberinto
Todo eso significa que, para sacarnos de un laberinto, el cerebro modifica el ritmo de los pulsos neuronales para oscurecer las calles que no nos convienen y que nos centremos en la única ruta que nos lleva a casa.
La nueva investigación ha comprobado que el ritmo cerebral gamma, aparentemente implicado en el proceso de percepción consciente, es el que facilita la inhibición neuronal que nos cambia la imagen de la encrucijada.
De hecho, ya se sabía que las oscilaciones en frecuencia gamma de los pulsos neuronales dominan durante los procesos de aprendizaje en ratones.
Ahora sabemos que también se activan cuando tenemos que descubrir la ruta a seguir para llegar a casa. Una forma inteligente de ponernos fácil el aprendizaje.
Complejidad profunda
Esta investigación complementa otra anterior según la cual las neuronas se valen de las ondas cerebrales para separar lo importante de lo secundario en los procesos cognitivos.
Usan las diferentes frecuencias de las ondas cerebrales para clasificar la información antes de hacerla llegar a las células nerviosas que toman las decisiones.
Curiosamente, dependemos de un órgano mucho más complejo de lo que pensamos para comprender su propia complejidad, que a la vez es la nuestra.
Todo eso significa que, para sacarnos de un laberinto, el cerebro modifica el ritmo de los pulsos neuronales para oscurecer las calles que no nos convienen y que nos centremos en la única ruta que nos lleva a casa.
La nueva investigación ha comprobado que el ritmo cerebral gamma, aparentemente implicado en el proceso de percepción consciente, es el que facilita la inhibición neuronal que nos cambia la imagen de la encrucijada.
De hecho, ya se sabía que las oscilaciones en frecuencia gamma de los pulsos neuronales dominan durante los procesos de aprendizaje en ratones.
Ahora sabemos que también se activan cuando tenemos que descubrir la ruta a seguir para llegar a casa. Una forma inteligente de ponernos fácil el aprendizaje.
Complejidad profunda
Esta investigación complementa otra anterior según la cual las neuronas se valen de las ondas cerebrales para separar lo importante de lo secundario en los procesos cognitivos.
Usan las diferentes frecuencias de las ondas cerebrales para clasificar la información antes de hacerla llegar a las células nerviosas que toman las decisiones.
Curiosamente, dependemos de un órgano mucho más complejo de lo que pensamos para comprender su propia complejidad, que a la vez es la nuestra.
Referencia
Quantitative properties of a feedback circuit predict frequency-dependent pattern separation. Oliver Braganza et al. eLife. DOI: 10.1101/813188
Quantitative properties of a feedback circuit predict frequency-dependent pattern separation. Oliver Braganza et al. eLife. DOI: 10.1101/813188