Encontrar estructura en la estática del cerebro
Gran parte de la actividad eléctrica en el cerebro parece ruido y no está asociada con reacciones a ningún estímulo en particular. Los científicos encontraron que había una estructura en el ruido que podía revelar el estado de atención en el cerebro. En este modelo de actividad cerebral en la corteza visual del mono, la actividad eléctrica general se midió a lo largo del tiempo en cada área pequeña. Las áreas amarillas y naranjas tienen una actividad alta y las áreas azules tienen una actividad baja, lo que corresponde a los estados de encendido y apagado de un conjunto de neuronas. Los investigadores mostraron imágenes de un mono en todo su campo de visión, pero como la mayoría de nosotros, el animal prestó atención (asistió) solo a una pequeña parte de ese campo. Cuando los investigadores observaron de cerca, pudieron ver ondas de actividad pasar por toda la corteza visual, pero las ondas eran más rápidas y más altas en el área correspondiente a la parte atendida del campo visual. Crédito: Yan-Liang Shi/Engel lab/CSHL, 2022
Mientras duerme, todo el cerebro pasa por largas y lentas ondas de actividad eléctrica, como las olas en un océano en calma. Los investigadores llaman a ese estado de conciencia «sueño de ondas lentas». El despertar cambia el patrón de la actividad eléctrica en algo que se parece más a un ruido aleatorio. Pero la profesora asistente del Laboratorio Cold Spring Harbor (CSHL), Tatiana Engel, la becaria posdoctoral Yianling Shi y sus colaboradores descubrieron que hay patrones en el ruido. Al observar la región de procesamiento visual del cerebro de un mono, descubrieron versiones más pequeñas, más rápidas y más localizadas de las grandes ondas de sueño. Las formas y dinámicas de estas ondas locales se relacionan con cuán atenta está esa parte del cerebro. Los investigadores creen que los patrones de onda brindan una pista importante para comprender el sueño, la anestesia y la atención.
La parte del cerebro involucrada en el procesamiento visual (la corteza visual) es como una pantalla de televisión que crea una imagen a partir de una colección de puntos o «píxeles». Cada píxel del cerebro está compuesto por una columna llena de neuronas que actúan juntas. Las columnas no estimuladas oscilan entre estar eléctricamente activas y sensibles a los estímulos («On») o estar inactivas y resistentes a la actividad eléctrica («Off»). Si la información visual (un estímulo) golpea una columna visual que está «activada», entonces la información se registra como un gran pico eléctrico. Pero si la información visual llega a una columna cuando está «Desactivada», es posible que no se registre en absoluto.
Engel y Shi, en colaboración con los profesores de la Universidad de Stanford Kwabena Boahen y Tirin Moore, y la Universidad de Washington El profesor asistente Nicholas A. Steinmetz descubrió que cuando los monos prestan atención a un estímulo, las ondas se vuelven más cortas y agitadas. Los estados de «encendido» y «apagado» parpadean a través de las columnas de la corteza visual impulsadas por este estímulo más rápidamente y en un área más pequeña que cuando la atención del animal está en otra parte. Pero, ¿por qué un cerebro despierto y atento querría apagar sus columnas y perder información? Engel tiene algunas hipótesis. Ella dice, «mantener las neuronas en el estado ‘Encendido’ todo el tiempo es energéticamente costoso. Otra razón es que si fuéramos siempre receptivos a la información, podríamos abrumarnos; el estado ‘Apagado’ podría ayudar a suprimir información irrelevante».
El descubrimiento de que el ruido eléctrico cambia los patrones con diferentes estados cerebrales podría ayudar a los investigadores a comprender las respuestas cerebrales a las drogas y las enfermedades. Y dado que los cerebros de los primates son muy buenos para procesar información visual, los investigadores de aprendizaje automático podrían tomar prestados sus ingeniosos trucos de ruido estructurados para mejorar los cerebros artificiales.
La investigación se publicó en Nature Communications.
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Partes del cerebro se duermen y se despiertan todo el tiempo, encuentra un estudio Más información: Yan-Liang Shi et al, La dinámica del estado cortical y la atención selectiva definen el patrón espacial de variabilidad correlacionada en la neocorteza, Nature Communications (2022). DOI: 10.1038/s41467-021-27724-4 Información de la revista: Nature Communications
Proporcionado por Cold Spring Harbor Laboratory Cita: Finding structure in the brain’s static (2022 , 1 de febrero) recuperado el 29 de agosto de 2022 de https://medicalxpress.com/news/2022-02-brain-static.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.