Las neuronas son volubles. Los campos eléctricos son más fiables para la información
Amplitud estimada de un campo eléctrico neuronal en cada electrodo durante un período de tiempo de 800 milisegundos. Crédito: Dimitris Pinotsis.
Un nuevo estudio sugiere que los campos eléctricos pueden representar la información contenida en la memoria de trabajo, lo que permite que el cerebro supere la «deriva representacional» o la participación inconsistente de las neuronas individuales.
Mientras el cerebro se esfuerza por retener información en la mente, como la lista de alimentos que debemos comprar de camino a casa, un nuevo estudio sugiere que la representación más consistente y confiable de esa información no es la actividad eléctrica del individuo. neuronas involucradas sino un campo eléctrico general que producen colectivamente.
De hecho, cada vez que los neurocientíficos han observado cómo los cerebros representan la información en la memoria de trabajo, han encontrado que de un ensayo al siguiente, incluso cuando se repite el mismo tarea, la participación y la actividad de las células individuales varía (un fenómeno llamado «deriva representacional»). En un nuevo estudio en NeuroImage, los científicos del Instituto Picower para el Aprendizaje y la Memoria del MIT y la Universidad de Londres descubrieron que, independientemente de las neuronas específicas involucradas, el campo eléctrico general que se generó proporcionó una señal estable y consistente de la información. los animales tenían la tarea de recordar.
En cierto sentido, una vez establecido, el campo se impone a las neuronas como el director de una orquesta en la que cada neurona es un solo músico, dijo Dimitris Pinotsis, líder del estudio. y autor correspondiente. Incluso si los músicos cambian, el director aún coordina a quien esté en las sillas para producir el mismo resultado.
«Esto asegura que el cerebro pueda seguir funcionando incluso si algunas neuronas mueren», dijo Pinotsis, profesor asociado. en la Universidad de Londres y un afiliado de investigación en el Instituto Picower en el MIT. «El campo garantiza que se logre la misma salida del conjunto de neuronas incluso después de que cambien las partes individuales. El cerebro no necesita neuronas individuales, solo el conductor, el campo eléctrico, para que sea el mismo».
Co El autor Earl Miller, profesor Picower de Neurociencia en el Departamento de Ciencias Cerebrales y Cognitivas del MIT, dijo que los campos eléctricos pueden ofrecer al cerebro un nivel de representación e integración de información que es más abstracto que el nivel de detalles individuales codificados por neuronas o circuitos individuales.
«El cerebro puede emplear este mecanismo para operar en un nivel más holístico incluso cuando los detalles se desvían», dijo.
Mediciones y modelos matemáticos
En el estudio, Pinotsis y Miller probaron si el campo eléctrico era estable y si contenía información relacionada con la tarea. Para hacer esto, utilizaron una combinación de mediciones directas de la actividad neuronal realizadas en animales mientras realizaban un juego de memoria funcional y un análisis matemático posterior para aislar y estimar los campos eléctricos asociados con la tarea. No era posible simplemente medir los campos eléctricos directamente, dijo Miller, porque los conjuntos de electrodos implantados que usaron miden la actividad neuronal individualmente y los electrodos EEG que se colocan en el exterior del cráneo captan patrones que son demasiado amplios y generales para reflejar el información específica representada por un pequeño conjunto de neuronas.
«Tienes que registrar cada detalle y luego tomar el medio paso necesario matemáticamente», dijo Miller.
Durante el juego, el A los animales se les mostraba un punto en una de las seis posiciones en el borde de una pantalla que luego se quedaba en blanco. Después de una breve pausa, o un período de demora, tendrían que dirigir su mirada desde el centro de la pantalla a la posición que acaban de ver marcada. Durante la pausa, mientras los animales tenían que mantener en mente la dirección indicada, Pinotsis y Miller estaban registrando la actividad eléctrica de las neuronas en la superficie del cerebro.
Como era de esperar, había mucho ruido en el señal, incluso cuando se comparan rondas del juego donde la posición a recordar era la misma. En primer lugar, de acuerdo con la deriva representacional, la participación de las neuronas individuales varió, pero también los electrodos captaron actividad no solo de las neuronas involucradas en la tarea sino también de las células que estaban trabajando en cosas no relacionadas.
Entonces , para aislar los patrones relacionados con el juego entre este revoltijo inconsistente de actividad neuronal, Pinotsis desarrolló una estrategia matemática para rastrear la actividad correlacionada entre las neuronas durante el período de retraso. Al determinar qué neuronas trabajaban juntas y de manera coherente para realizar la tarea, pudo determinar su conectividad y, por lo tanto, el flujo de información entre ellas. A partir de ahí, usando los principios estándar de la biofísica, calculó el campo eléctrico que producía su actividad alrededor de los parches de la superficie cerebral que ocupaban.
Como bromeó Miller, «Los campos estaban ‘encima’ del cerebro, pero aún ‘del’ cerebro».
Es importante destacar que los campos eléctricos estimados exhibieron propiedades que demostraban que representaban el información que los animales tenían en la memoria. Por ejemplo, eran más consistentes que la actividad neuronal subyacente cuando la dirección a recordar era la misma. También diferían en formas distintas pero consistentes en función de la posición indicada que debía recordarse más que la actividad neuronal. Y cuando los científicos entrenaron un software llamado «decodificador» para adivinar qué dirección tenían en mente los animales, el decodificador fue relativamente más capaz de hacerlo basándose en los campos eléctricos que en la actividad neuronal.
Esto no quiere decir que las variaciones entre las neuronas individuales sean un ruido sin sentido, dijo Miller. Los pensamientos y sensaciones que experimentan las personas y los animales, incluso cuando repiten las mismas tareas, pueden cambiar minuto a minuto, lo que hace que diferentes neuronas se comporten de manera diferente a como lo hicieron. Lo importante para lograr la tarea de la memoria es que el campo general se mantenga consistente en su representación.
«Esto que llamamos deriva representacional o ruido puede ser cálculos reales que está haciendo el cerebro, pero el el punto es que en el siguiente nivel de campos eléctricos, puedes deshacerte de esa deriva y simplemente tener la señal», dijo Miller.
Los investigadores plantean la hipótesis de que el campo incluso parece ser un medio para que el cerebro puede emplear para esculpir el flujo de información para garantizar el resultado deseado. Al imponer que emerja un campo en particular, dirige la actividad de las neuronas participantes.
De hecho, esa es una de las próximas preguntas que los científicos están investigando: ¿Podrían los campos eléctricos ser un medio para controlar las neuronas?
«Ahora estamos utilizando este trabajo para preguntar si la información fluye desde el nivel de macroescala del campo eléctrico hasta el nivel de microescala de las neuronas individuales», dice Pinotsis. «Para hacer la analogía con la orquesta, ahora estamos usando este trabajo para preguntar si el estilo de un director cambia la forma en que un miembro individual de una orquesta toca su instrumento».
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La naturaleza ‘viajera’ de las ondas cerebrales puede ayudar a la función de la memoria de trabajo Más información: Dimitris A. Pinotsis et al, Más allá de la reducción de dimensiones: los campos eléctricos estables emergen y permiten la representación deriva, NeuroImagen (2022). DOI: 10.1016/j.neuroimage.2022.119058 Información de la revista: NeuroImage
Proporcionado por el Instituto Tecnológico de Massachusetts Cita: Las neuronas son volubles. Los campos eléctricos son más confiables para la información (11 de marzo de 2022) recuperado el 29 de agosto de 2022 de https://medicalxpress.com/news/2022-03-neurons-fickle-electric-fields-reliable.html Este documento está sujeto a derechos de autor. Aparte de cualquier trato justo con fines de estudio o investigación privados, ninguna parte puede reproducirse sin el permiso por escrito. El contenido se proporciona únicamente con fines informativos.