Estudio revela redes cerebrales que permiten la conversación humana

Crédito: Julia Kuhl

Un nuevo estudio ha identificado un circuito cerebral que está activo mientras planificamos nuestras respuestas habladas durante una conversación.

Publicado en línea el 5 de enero en la revista Nature, el estudio se centró en los cálculos cerebrales que permiten tales respuestas, que se planifican antes del final del turno de un compañero de conversación y se pronuncian en una fracción de segundo.

Dirigido por investigadores de la Escuela de Medicina Grossman de la Universidad de Nueva York y la Universidad de Iowa, el estudio encontró que distintas áreas del cerebro están activas durante la planificación del habla para intercambios verbales de fracciones de segundo, incluidas regiones que no estaban previamente vinculadas a esta función.

«Nuestro estudio identifica las redes cerebrales detrás de la planificación que hacen posible este ir y venir, que han sido difíciles de alcanzar hasta ahora», dice el autor principal Michael Long, Ph.D., profesor de Thomas y Suzanne Murphy de Neurociencia y Fisiología en la Facultad de Medicina Grossman de la NYU.

Agrega que «el trabajo promete guiar el diseño de nuevas terapias para los 7,5 millones de estadounidenses que tienen problemas para usar la voz, incluidos aquellos con apraxia, problemas para planificar movimientos del habla y afasia, dificultad para procesar el lenguaje, que puede acompañar a condiciones como el autismo o ser el resultado de un trauma causado por un accidente cerebrovascular».

Proceso de tres partes

Durante años, los investigadores intentaron vincular las funciones del habla a los circuitos cerebrales usando elec troencefalogramas o EEG, que coloca electrodos en el cuero cabelludo. Dichos dispositivos miden cambios rápidos en las señales eléctricas que se ven cuando grandes grupos de células nerviosas «disparan» para transmitir señales eléctricas. Pero EEG no pudo identificar la ubicación de los circuitos nerviosos con suficiente resolución, y la resonancia magnética funcional, otra tecnología de uso común, no fue lo suficientemente rápida para capturar patrones de actividad relacionados con la planificación conversacional de las respuestas, dicen los autores del estudio. Estos métodos no invasivos dejan un punto ciego crítico en la capacidad del campo para rastrear lo que hace el cerebro durante una conversación cotidiana, dicen los autores.

Otra tecnología, la electrocorticografía (ECoG), supera estas barreras colocando electrodos que no en el cuero cabelludo, sino directamente en la superficie del cerebro. Las mediciones ECoG rápidas y precisas revelaron que el cerebro logra una conversación natural al combinar la percepción de lo que se escucha, la planificación de una respuesta y la producción de los sonidos (articulación) que forman las palabras. Mientras que otros estudios de ECoG han determinado las redes relacionadas con la percepción y la producción, el estudio actual es el primero en capturar la actividad cerebral durante la fase de planificación de respuestas entre ellas, que ha sido la más difícil de estudiar, dicen los autores.

Cerebro humano regiones que se encuentran activas durante la planificación de los intercambios hablados, según lo medido por electrodos colocados en la superficie del cerebro. El estudio identifica un centro de lenguaje interactivo, en amarillo, y brinda información sobre los procesos que pueden contribuir a los trastornos de la comunicación. Crédito: NYU Langone Health

«Los investigadores pueden hablar con los pacientes y observar la actividad de los circuitos cerebrales mientras hablan o escuchan, pero la planificación no tiene un correlato físico», dice Long. «Cuando combinamos las medidas de ECoG con una técnica que hace preguntas estructuradas a los pacientes, expusimos una red de planificación subyacente».

Para realizar el estudio, el equipo de investigación colocó electrodos en las superficies cerebrales de los pacientes durante cirugías que fueron en marcha para extirpar un tumor o tejido cerebral que causa ataques epilépticos. En ambos casos, los cirujanos colocan a los pacientes solo bajo anestesia local inicialmente para que puedan determinar las regiones del cerebro que están activas mientras los pacientes hablan, evitando así daños en los centros del habla del paciente.

Los investigadores colocaron matrices de electrodos ECoG en el hemisferios cerebrales izquierdos dominantes en el lenguaje de ocho pacientes voluntarios. A continuación, midieron las respuestas de planificación utilizando un paradigma desarrollado por otro laboratorio llamado tarea de información crítica (CI), que fue diseñado para controlar el momento de la planificación. En cada bloque de preguntas, una palabra clave cambiante, el CI, determina cuándo comienza la planificación de la respuesta para que se pueda rastrear la actividad cerebral en esa ventana de tiempo.

• Lo opuesto a suave es ¿qué palabra común?
• Lo contrario de caliente es ¿qué palabra común?

Al cambiar la redacción de cada pregunta para presentar información clave anterior o posterior necesaria para comenzar a planificar una respuesta, los investigadores pudieron distinguir actividad cerebral relacionada con la planificación desde la percepción y la producción. Es importante destacar que la mayoría de las respuestas corticales estaban relacionadas solo con uno de estos tres procesos del habla, lo que demuestra que las redes estaban en gran parte separadas para cada función.

Además, los investigadores encontraron que el 95,5 por ciento de los electrodos de planificación estaban agrupados en una región espacialmente distinta del cerebro, con la mayoría de los electrodos de planificación centrados en la circunvolución frontal inferior caudal (cIFG) y la circunvolución frontal media caudal (cMFG). Si bien se sabe desde hace tiempo que cIFG, comúnmente conocida como «la región de Broca», es importante para el lenguaje, no se había establecido previamente un papel para cMFG.

Además, el equipo encontró que la red de planificación identificada con la tarea de IC también está activa cuando los pacientes se preparan para hablar durante conversaciones naturales sin guión. Una vez que los pacientes terminaron de responder las preguntas estructuradas, los investigadores los involucraron en varios minutos de conversación informal de ida y vuelta, durante los cuales aparecieron los mismos patrones relacionados con la percepción, la planificación y el habla en la actividad cerebral del paciente.

» Este estudio proporciona una primera descripción de los mecanismos cerebrales específicos que generan el lenguaje cuando hablamos en contextos naturales y cotidianos», dice Gregg Castellucci, Ph.D., becario postdoctoral en el laboratorio de Long. «De manera crucial, el mapeo del cerebro que encontramos usando tareas simples y controladas se mantuvo en las pruebas del comportamiento humano natural», agregó.

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La estimulación cerebral eléctrica se usa para tratar a pacientes con accidente cerebrovascular y afasia Más información: Michael Long, Una red de planificación del habla para el uso interactivo del lenguaje, Nature (2022). DOI: 10.1038/s41586-021-04270-z

Nima Mesgarani et al, Codificación de funciones fonéticas en la circunvolución temporal superior humana, Science (2014). DOI: 10.1126/science.1245994 Información de la revista: Nature , Science