MADRID 30 Sep. (EUROPA PRESS) -
Un estudio histórico dirigido por UCLA Health (Estados Unidos) ha comenzado a desentrañar uno de los misterios fundamentales de la neurociencia: cómo el cerebro humano codifica y da sentido al flujo del tiempo y las experiencias. El estudio , publicado en la revista Nature , registró directamente la actividad de neuronas individuales en humanos y descubrió que tipos específicos de células cerebrales se activaban de una manera que reflejaba en gran medida el orden y la estructura de la experiencia de una persona.
De esta forma, los investigadores descubrieron que el cerebro conserva estos patrones de activación únicos una vez concluida la experiencia y puede reproducirlos rápidamente mientras está en reposo. Además, el cerebro también puede utilizar estos patrones aprendidos para prepararse para futuros estímulos posteriores a esa experiencia. Estos hallazgos proporcionan la primera evidencia empírica sobre cómo las células cerebrales específicas integran la información de "qué" y "cuándo" para extraer y retener representaciones de experiencias a lo largo del tiempo.
El autor principal del estudio, el doctor Itzhak Fried, comenta que los resultados podrían servir en el desarrollo de dispositivos neuroprotésicos para mejorar la memoria y otras funciones cognitivas, así como tener implicaciones en la comprensión de la inteligencia artificial de la cognición en el cerebro humano.
"Reconocer patrones a partir de experiencias vividas a lo largo del tiempo es crucial para que el cerebro humano forme recuerdos, prediga posibles resultados futuros y guíe las conductas", destaca Fried, director de cirugía de epilepsia en UCLA Health y profesor de neurocirugía, psiquiatría y ciencias bioconductuales en la Facultad de Medicina David Geffen de UCLA. "Pero hasta ahora se desconocía cómo se lleva a cabo este proceso en el cerebro a nivel celular".
Investigaciones anteriores, incluidas las del doctor Fried, utilizaron grabaciones cerebrales y técnicas de neuroimagen para comprender cómo procesa el cerebro la navegación espacial, y demostraron en modelos animales y humanos que dos regiones del cerebro (el hipocampo y la corteza entorinal) desempeñaban papeles clave. Las dos regiones cerebrales, ambas importantes para las funciones de la memoria, trabajan para interactuar y crear un "mapa cognitivo".
Las neuronas del hipocampo actúan como "células de lugar" que muestran cuándo un animal se encuentra en un lugar específico, de forma similar a una "X" en un mapa, mientras que las neuronas entorrinales actúan como "células de cuadrícula" para proporcionar una métrica de la distancia espacial. Estas células, que se encontraron primero en roedores, fueron descubiertas más tarde en humanos por el grupo de Fried.
Estudios posteriores han descubierto que acciones neuronales similares funcionan para representar experiencias no espaciales, como el tiempo, la frecuencia del sonido y las características de los objetos. Un hallazgo fundamental de Fried y sus colegas fue el de las "células conceptuales" en el hipocampo y la corteza entorinal humanos que responden a individuos, lugares u objetos específicos y parecen ser fundamentales para nuestra capacidad de memorizar.
Para examinar el procesamiento cerebral de los acontecimientos en el tiempo, el estudio de la UCLA reclutó a 17 participantes con epilepsia intratable a quienes previamente se les habían implantado electrodos de profundidad en el cerebro para tratamiento clínico. Así, los investigadores registraron la actividad neuronal de los participantes mientras se sometían a un procedimiento complejo que involucraba tareas de comportamiento, reconocimiento de patrones y secuenciación de imágenes.
Los participantes pasaron primero por una fase de selección inicial en la que se les mostraron en una computadora aproximadamente 120 imágenes de personas, animales, objetos y lugares de interés durante aproximadamente 40 minutos. Se les pidió que realizaran varias tareas, como determinar si la imagen mostraba a una persona o no. Las imágenes, como actores famosos, músicos y lugares, se seleccionaron en parte en función de las preferencias de cada participante.
A continuación, los participantes se sometieron a un experimento de tres fases en el que debían realizar tareas de comportamiento en respuesta a imágenes que se mostraban arbitrariamente en diferentes lugares de un gráfico con forma de pirámide. Se seleccionaron seis imágenes para cada participante.
En la primera fase, las imágenes se mostraban en un orden pseudoaleatorio. En la siguiente fase, el orden de las imágenes se determinaba según la ubicación en el gráfico de la pirámide. La fase final era idéntica a la primera. Mientras observaban estas imágenes, se les pedía a los participantes que realizaran varias tareas de comportamiento que no estaban relacionadas con la ubicación de las imágenes en el gráfico de la pirámide. Estas tareas incluían determinar si la imagen mostraba a un hombre o una mujer o si una imagen dada estaba reflejada en comparación con la fase anterior.
En sus análisis, Fried y su equipo descubrieron que las neuronas hipocampales y entorrinales comenzaron gradualmente a modificarse y a alinear estrechamente su actividad con la secuencia de imágenes en los gráficos piramidales. Estos patrones se formaron de manera natural y sin instrucciones directas a los participantes, según Fried. Además, los patrones neuronales reflejaban la probabilidad de estímulos futuros y conservaban los patrones codificados incluso después de completar la tarea.
"Este estudio nos muestra por primera vez cómo el cerebro utiliza mecanismos análogos para representar tipos de información aparentemente muy diferentes: el espacio y el tiempo", concluye Fried. "Hemos demostrado a nivel neuronal cómo estas representaciones de trayectorias de objetos en el tiempo son incorporadas por el sistema hipocampo-entorinal humano".
