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De forma similar a cómo un receptor de radio identifica el transmisor de radio desde el cual se origina una señal (insertada en la parte inferior derecha), las áreas de alto nivel de nuestro cerebro distinguen la fuente de una actividad de entrada neural en función de su frecuencia característica. En el dibujo de un cerebro humano, A y B marcan las áreas del cerebro dedicadas a analizar la información del color y la dirección del movimiento, respectivamente, y C denota áreas del cerebro de alto nivel que combinan la información sobre las características visuales individuales en una percepción unificada de los objetos visuales. En este ejemplo, el color y la dirección del movimiento del planeador seguido se analizan por separado en las áreas A y B, y luego se combinan en el área C para crear nuestra percepción única de todas las características del ala delta. Imagen: Centro Alemán de Primates.
El cerebro se vale de diferentes frecuencias para diferenciar las señales neuronales que informan del movimiento de las señales que informan del movimiento, ha determinado una investigación de científicos germano-iraníes.
Las neuronas se comunican entre ellas a través de pequeños impulsos eléctricos que se pueden medir, llamados ondas cerebrales. Estas ondas tienen diferentes tipos de frecuencia: unas son más rápidas y otras más lentas.
Estudios anteriores habían demostrado que diferentes aspectos, como el color y la dirección del movimiento de los objetos visuales, se analizan en áreas cerebrales altamente especializadas y anatómicamente separadas.
Estas áreas transmiten su información a áreas cerebrales de alto nivel, donde las características individuales se combinan para formar nuestra percepción unificada de los objetos visuales: así integramos color y movimiento en la misma percepción.
Por ejemplo, cuando observamos a un ala delta de dos colores desplazándose por el cielo, nuestro cerebro utiliza circuitos separados para lograr una capacidad de seguimiento completamente individualizada.
Uno de los circuitos neuronales procesa la información del color y el otro las diferentes direcciones de movimiento del ala delta. La combinación de ambas percepciones es lo que permite un rendimiento perceptual óptimo: así consigue el cerebro distinguir un ala delta en vuelo, de otras que comparten el mismo espacio aéreo.
Cuestión de ritmos cerebrales
Lo que era desconocido hasta ahora es cómo se las arregla el cerebro para combinar perceptualmente la información del color y dirección del movimiento en nuestra percepción unificada del ala delta escogida, o de cualquier otro objeto.
Lo que ha establecido la nueva investigación es que son los ritmos cerebrales empleados por las regiones cerebrales implicadas los que organizan nuestra percepción visual.
Los investigadores comprobaron que el procesamiento de la información del color percibido visualmente la transmite la región especializada del cerebro a través de una frecuencia más baja (alrededor de 70 ciclos por segundo) que la transmisión de las señales de procesamiento del movimiento por parte de la otra región especializada del cerebro, que es de alta frecuencia.
"Nuestro análisis computacional muestra que las regiones de alto nivel podrían usar estas diferentes frecuencias para distinguir la fuente de actividad neuronal que representa las diferentes características", explica Mohammad Bagher Khamechian, uno de los autores, en un comunicado.
Metodología
Para investigar cómo se procesa la información de las diferentes características visuales en el cerebro, los neurocientíficos midieron la actividad de las células nerviosas individuales en el cerebro de los macacos Rhesus (Macaca mulatta), mientras realizaban una tarea de percepción visual.
Los monos fueron entrenados para informar cambios en los patrones de movimiento en una pantalla de ordenador. Utilizando microelectrodos indoloros para los animales, los investigadores midieron la actividad eléctrica de las células nerviosas implicadas en la percepción del movimiento. Estas señales oscilan continuamente en un amplio espectro de frecuencias.
Utilizaron técnicas avanzadas de procesamiento de señales y descubrieron que la actividad de esas células nerviosas oscila a altas frecuencias (alrededor de 200 ciclos por segundo) y que estas oscilaciones están vinculadas a la percepción.
"Observamos que se producían respuestas más rápidas de los animales cada vez que las células nerviosas (especializadas en el movimiento) mostraban una actividad oscilatoria más fuerte a altas frecuencias, lo que sugiere que estas oscilaciones influyen en la percepción y la acción", añade Stefan Treue, uno de los autores principales del estudio.
Las neuronas se comunican entre ellas a través de pequeños impulsos eléctricos que se pueden medir, llamados ondas cerebrales. Estas ondas tienen diferentes tipos de frecuencia: unas son más rápidas y otras más lentas.
Estudios anteriores habían demostrado que diferentes aspectos, como el color y la dirección del movimiento de los objetos visuales, se analizan en áreas cerebrales altamente especializadas y anatómicamente separadas.
Estas áreas transmiten su información a áreas cerebrales de alto nivel, donde las características individuales se combinan para formar nuestra percepción unificada de los objetos visuales: así integramos color y movimiento en la misma percepción.
Por ejemplo, cuando observamos a un ala delta de dos colores desplazándose por el cielo, nuestro cerebro utiliza circuitos separados para lograr una capacidad de seguimiento completamente individualizada.
Uno de los circuitos neuronales procesa la información del color y el otro las diferentes direcciones de movimiento del ala delta. La combinación de ambas percepciones es lo que permite un rendimiento perceptual óptimo: así consigue el cerebro distinguir un ala delta en vuelo, de otras que comparten el mismo espacio aéreo.
Cuestión de ritmos cerebrales
Lo que era desconocido hasta ahora es cómo se las arregla el cerebro para combinar perceptualmente la información del color y dirección del movimiento en nuestra percepción unificada del ala delta escogida, o de cualquier otro objeto.
Lo que ha establecido la nueva investigación es que son los ritmos cerebrales empleados por las regiones cerebrales implicadas los que organizan nuestra percepción visual.
Los investigadores comprobaron que el procesamiento de la información del color percibido visualmente la transmite la región especializada del cerebro a través de una frecuencia más baja (alrededor de 70 ciclos por segundo) que la transmisión de las señales de procesamiento del movimiento por parte de la otra región especializada del cerebro, que es de alta frecuencia.
"Nuestro análisis computacional muestra que las regiones de alto nivel podrían usar estas diferentes frecuencias para distinguir la fuente de actividad neuronal que representa las diferentes características", explica Mohammad Bagher Khamechian, uno de los autores, en un comunicado.
Metodología
Para investigar cómo se procesa la información de las diferentes características visuales en el cerebro, los neurocientíficos midieron la actividad de las células nerviosas individuales en el cerebro de los macacos Rhesus (Macaca mulatta), mientras realizaban una tarea de percepción visual.
Los monos fueron entrenados para informar cambios en los patrones de movimiento en una pantalla de ordenador. Utilizando microelectrodos indoloros para los animales, los investigadores midieron la actividad eléctrica de las células nerviosas implicadas en la percepción del movimiento. Estas señales oscilan continuamente en un amplio espectro de frecuencias.
Utilizaron técnicas avanzadas de procesamiento de señales y descubrieron que la actividad de esas células nerviosas oscila a altas frecuencias (alrededor de 200 ciclos por segundo) y que estas oscilaciones están vinculadas a la percepción.
"Observamos que se producían respuestas más rápidas de los animales cada vez que las células nerviosas (especializadas en el movimiento) mostraban una actividad oscilatoria más fuerte a altas frecuencias, lo que sugiere que estas oscilaciones influyen en la percepción y la acción", añade Stefan Treue, uno de los autores principales del estudio.
Igual en el cerebro humano
El conocimiento detallado de cómo el cerebro de los monos rhesus permite la percepción, así como otras funciones cognitivas complejas, proporciona información sobre los mismos procesos en el cerebro humano, señalan los investigadores.
"La actividad oscilatoria de las neuronas juega un papel crítico para la percepción visual en humanos y otros primates", resume Stefan Treue.
Y añade: “comprender cómo se controlan y combinan exactamente estos patrones de actividad, no solo nos ayuda a comprender mejor los correlatos neurales subyacentes de la percepción consciente, sino que también nos permite obtener una mejor comprensión de los déficits fisiológicos subyacentes a los trastornos que involucran errores de percepción, como en esquizofrenia y otras enfermedades neurológicas y neuropsiquiátricas".
La investigación fue realizada conjuntamente por neurocientíficos del Centro Alemán de Primates - Instituto Leibniz de Investigación de Primates en Gotinga, Alemania, de la Universidad de Ciencia y Tecnología de Irán y del Instituto de Investigación en Ciencias Fundamentales de Teherán. Los resultados se publican en PNAS.
El conocimiento detallado de cómo el cerebro de los monos rhesus permite la percepción, así como otras funciones cognitivas complejas, proporciona información sobre los mismos procesos en el cerebro humano, señalan los investigadores.
"La actividad oscilatoria de las neuronas juega un papel crítico para la percepción visual en humanos y otros primates", resume Stefan Treue.
Y añade: “comprender cómo se controlan y combinan exactamente estos patrones de actividad, no solo nos ayuda a comprender mejor los correlatos neurales subyacentes de la percepción consciente, sino que también nos permite obtener una mejor comprensión de los déficits fisiológicos subyacentes a los trastornos que involucran errores de percepción, como en esquizofrenia y otras enfermedades neurológicas y neuropsiquiátricas".
La investigación fue realizada conjuntamente por neurocientíficos del Centro Alemán de Primates - Instituto Leibniz de Investigación de Primates en Gotinga, Alemania, de la Universidad de Ciencia y Tecnología de Irán y del Instituto de Investigación en Ciencias Fundamentales de Teherán. Los resultados se publican en PNAS.
Referencia
Routing information flow by separate neural synchrony frequencies allows for “functionally labeled lines” in higher primate cortex. Mohammad Bagher Khamechian et al. PNAS, June 18, 2019 116 (25) 12506-12515; first published May 30, 2019. DOI:https://doi.org/10.1073/pnas.1819827116
Routing information flow by separate neural synchrony frequencies allows for “functionally labeled lines” in higher primate cortex. Mohammad Bagher Khamechian et al. PNAS, June 18, 2019 116 (25) 12506-12515; first published May 30, 2019. DOI:https://doi.org/10.1073/pnas.1819827116
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