Código de tiempo escalable en el cuerpo estriado del cerebro. Imagen: Gil Costa. Fuente: CNP Science Communication Office/Fundación Champalmaud.
Ser capaces de actuar con una temporalidad implícita -por ejemplo, cuando esperamos a que el semáforo se ponga en verde y, justo entonces, hacemos que el coche que conducimos avance- nos parece algo de lo más natural, porque estimar el momento justo para llevar a cabo una acción depende de nuestra habilidad innata para registrar y seguir el tiempo. ¿Pero qué mecanismo neuronal subyace a esta capacidad? ¿Cómo consigue el cerebro 'rastrear' el tiempo y actuar a partir de esa información?
Científicos del Programa de Neurociencia de la Fundación Champalmaud (Lisboa, Portugal) han estudiado precisamente esta cuestiones. Y lo han hecho centrándose en una región cerebral muy concreta: el cuerpo estriado, porque hay evidencias de que esta zona está relacionada con la cognición temporal.
Para su análisis, por otra parte, usaron ratas, que hicieron una tarea que consistía en presionar una palanca para recibir una recompensa, disponible solo periódicamente.
Así, durante una secuencia de 15 ensayos, la recompensa sólo estuvo disponible después de 30 segundos desde la última recompensa dada. Para ver si las ratas podían estimar duraciones diferentes, tras esos 15 ensayos, el tiempo de espera para la recompensa fue cambiándo aleatoriamente (acortándose o alargándose). De esta forma, se comprobó que las ratas sí adaptaban su comportamiento a los diferentes tiempos de espera.
Científicos del Programa de Neurociencia de la Fundación Champalmaud (Lisboa, Portugal) han estudiado precisamente esta cuestiones. Y lo han hecho centrándose en una región cerebral muy concreta: el cuerpo estriado, porque hay evidencias de que esta zona está relacionada con la cognición temporal.
Para su análisis, por otra parte, usaron ratas, que hicieron una tarea que consistía en presionar una palanca para recibir una recompensa, disponible solo periódicamente.
Así, durante una secuencia de 15 ensayos, la recompensa sólo estuvo disponible después de 30 segundos desde la última recompensa dada. Para ver si las ratas podían estimar duraciones diferentes, tras esos 15 ensayos, el tiempo de espera para la recompensa fue cambiándo aleatoriamente (acortándose o alargándose). De esta forma, se comprobó que las ratas sí adaptaban su comportamiento a los diferentes tiempos de espera.
Qué sucedió en el cerebro
Para identificar la base neural subyacente a esta adaptación, los investigadores registraron la actividad de neuronas individuales en el cuerpo estriado de los cerebros de las ratas, al tiempo que estas realizaban la tarea.
Descubrieron que la representación del tiempo de los animales fue codificada en la población de neuronas de esa región cerebral. "Encontramos que, cada vez que la tarea comenzaba, las neuronas (del cuerpo estriado) respondían con una onda lenta pero constante de actividad secuencial", explica Sofia Soares, una de las autoras del estudio, en un comunicado de la Fundación Champalmaud.
Esa actividad secuencial "se mantuvo a través de diferentes duraciones de espera, anque cambiando su temporización. En otras palabras, cuando el tiempo de espera fue más largo, la secuencia se volvió más lenta, y viceversa. Por tanto, la secuencia se encogió y se expandió de manera coherente con el intervalo entre las recompensas y el comportamiento del animal. Simplemente viendo la ubicación de la onda dentro de la población (de neuronas del cuerpo estriado) se podía averiguar cuanto tiempo había pasado".
Implicaciones
¿Qué significa la contracción y expansión de esa secuencia en la forma en que el cerebro percibe el tiempo? Según los investigadores, este hecho implica que el tiempo en el cerebro es relativo, no absoluto, dado que es medido como una posición dentro de un intervalo y no como una unidad -como un segundo, o una hora-.
El estudio ha demostrado, por tanto, que las poblaciones de neuronas codifican el tiempo de una manera consistente con el tiempo del comportamiento. "Esta composición de tiempo y acciones es coherente con el aprendizaje motor y la selección de actos y funciones, en las que el cuerpo estriado juega un papel crucial", concluye Joe Paton, director del Learning Lab en el que se realizó el estudio.
Para identificar la base neural subyacente a esta adaptación, los investigadores registraron la actividad de neuronas individuales en el cuerpo estriado de los cerebros de las ratas, al tiempo que estas realizaban la tarea.
Descubrieron que la representación del tiempo de los animales fue codificada en la población de neuronas de esa región cerebral. "Encontramos que, cada vez que la tarea comenzaba, las neuronas (del cuerpo estriado) respondían con una onda lenta pero constante de actividad secuencial", explica Sofia Soares, una de las autoras del estudio, en un comunicado de la Fundación Champalmaud.
Esa actividad secuencial "se mantuvo a través de diferentes duraciones de espera, anque cambiando su temporización. En otras palabras, cuando el tiempo de espera fue más largo, la secuencia se volvió más lenta, y viceversa. Por tanto, la secuencia se encogió y se expandió de manera coherente con el intervalo entre las recompensas y el comportamiento del animal. Simplemente viendo la ubicación de la onda dentro de la población (de neuronas del cuerpo estriado) se podía averiguar cuanto tiempo había pasado".
Implicaciones
¿Qué significa la contracción y expansión de esa secuencia en la forma en que el cerebro percibe el tiempo? Según los investigadores, este hecho implica que el tiempo en el cerebro es relativo, no absoluto, dado que es medido como una posición dentro de un intervalo y no como una unidad -como un segundo, o una hora-.
El estudio ha demostrado, por tanto, que las poblaciones de neuronas codifican el tiempo de una manera consistente con el tiempo del comportamiento. "Esta composición de tiempo y acciones es coherente con el aprendizaje motor y la selección de actos y funciones, en las que el cuerpo estriado juega un papel crucial", concluye Joe Paton, director del Learning Lab en el que se realizó el estudio.
Gustavo B.M. Mello, Sofia Soares, Joseph J. Paton. A Scalable Population Code for Time in the Striatum. Current Biology (2015). DOI: 10.1016/j.cub.2015.02.036.