Investigación de los mecanismos neuronales que subyacen a las diferencias individuales en la percepción
Crédito: Kumar et al.
Investigadores del Centro Nacional de Investigación del Cerebro en Haryana, India, han llevado a cabo recientemente un estudio que explora los mecanismos neuronales que pueden ser la base de las diferencias en la forma en que las personas perciben los estímulos multisensoriales. Su artículo, publicado en European Journal of Neuroscience, presenta un modelo biofísico que podría relacionar la variabilidad en la estructura y función cerebral de diferentes individuos con su desempeño en tareas relacionadas con la percepción.
«Nuestro laboratorio investiga los mecanismos neuronales operativos en redes cerebrales funcionales a gran escala durante la percepción y la acción», dijo a MedicalXpress Arpan Banerjee, uno de los investigadores que llevó a cabo el estudio. «Esta es una visión revisionista del estudio de áreas del cerebro en silos, operativas durante tareas específicas que involucran la cognición».
Estudios anteriores que investigaron las capacidades multisensoriales humanas identificaron una serie de áreas del cerebro que podrían estar asociadas con el procesamiento de estímulos. Sin embargo, cómo estas áreas realmente se comunican entre sí sigue siendo una pregunta abierta, que actualmente está siendo explorada por varios equipos de investigación en todo el mundo.
Un aspecto específico de esta pregunta que sigue siendo esquivo es si existe un ritmo cerebral particular con qué comunicación entre estas áreas del cerebro ocurre, que puede diferir entre perceptores frecuentes y perceptores raros de una ilusión común llamada efecto McGurk. El efecto McGurk ocurre cuando las personas están expuestas a un sonido combinado con un estímulo visual asociado con un sonido diferente, lo que puede conducir a una percepción errática de lo que están escuchando. La medida en que las personas son «engañadas» por esta ilusión puede variar, pero los mecanismos neuronales que subyacen a esta variabilidad en la percepción no están del todo claros.
«El objetivo de este estudio era identificar una métrica (neuromarcador) que captura la variabilidad interindividual en esta tarea y proporciona una explicación de este marcador mediante simulaciones informáticas realistas de la dinámica cerebral», dijo Banerjee.
El procesamiento de señales mediante funciones matemáticas como las transformadas de Fourier se ha utilizado ampliamente en Estudios previos de electroencefalografía (EEG). Estas técnicas han demostrado ser particularmente útiles para identificar ritmos que son específicos de áreas particulares del cerebro o capturar frecuencias a través de las cuales dos áreas del cerebro se comunican entre sí.
«Las técnicas de EEG tienen una limitación, a saber, que miden la actividad que ocurre en la corteza indirectamente y fuera de la cabeza, a nivel del cuero cabelludo», dijo Banerjee. «Por lo tanto, se necesitan algoritmos avanzados para descubrir las señales de origen, lo que también requiere la alineación de datos con mapas cerebrales estructurales capturados mediante técnicas de resonancia magnética. Nuestra hipótesis es que métricas como la coherencia global, iniciadas por grupos de investigación dirigidos por Scott Kelso, Steve Bressler y Guido Nolte , puede ser útil para rastrear la dinámica de coordinación entre grandes redes cerebrales».
Banerjee y sus colegas usaron algoritmos avanzados para predecir métricas a nivel de fuente para las comunicaciones que tienen lugar entre diferentes áreas del cerebro, basándose en simulaciones realistas de grandes Redes cerebrales a escala. Finalmente, identificaron activaciones a nivel de fuente de áreas cerebrales involucradas en la percepción de las ilusiones de McGurk, empleando técnicas de formación de haces arraigadas en radiotelescopia en datos de EEG recopilados de personas a las que se les presentaron estas ilusiones, utilizando un método renombrado llamado Imagen Dinámica de Fuentes Corticales (DICS ).
Este procedimiento les permitió calcular medidas de red a nivel de fuente directamente a partir de los datos de EEG sin procesar y, posteriormente, comparar las predicciones del modelo de masa neural con la evidencia empírica de la dinámica de coordinación cerebral. En última instancia, los investigadores encontraron que la susceptibilidad de los participantes a la ilusión de McGurk se correlacionó negativamente con patrones específicos de actividad neuronal, a saber, su coherencia global de banda alfa.
Crédito: Kumar et al.
«Este enfoque de predicción a través de un modelo masivo y validación por métricas de origen es una herramienta novedosa utilizada en este estudio y nunca antes se había aplicado, al menos hasta donde sabemos», dijo Banerjee. «Por lo tanto, además de identificar la coherencia alfa global en perceptores raros en el lado empírico, nuestro trabajo introduce innovaciones en el dominio metodológico».
El nuevo modelo biofísico presentado por Banerjee y sus colegas describe una serie de masas neuronales y patrones de acoplamiento funcional entre estas masas que dan lugar a la dinámica de la red cerebral a gran escala que se produce mientras un individuo percibe simultáneamente diferentes tipos de estímulos sensoriales (por ejemplo, auditivos y visuales). Estas masas neuronales capturan la actividad promedio de las áreas primarias del cerebro involucradas en el procesamiento de estímulos auditivos, visuales y multisensoriales.
«Hablando de manera muy simple, las áreas individuales del cerebro se distinguían por sus velocidades de procesamiento respaldadas por la recopilación de datos empíricos evidencias de estudios anatómicos y con animales», dijo a MedicalXpress Dipanjan Roy, uno de los investigadores que llevó a cabo el estudio. «Los acoplamientos funcionales específicos y sus combinaciones simuladas en este trabajo se basan en regiones cerebrales realistas audiovisuales (AV), auditivo-multisensoriales (AM) y visuales-multisensoriales (VM) que pueden recrear el cambio global en la dinámica de coherencia durante la percepción intermodal .»
El modelo ideado por los investigadores hace una serie de predicciones. La más importante es que los perceptores raros de la ilusión de McGurk (es decir, aquellos que son menos susceptibles a ella) presentan un acoplamiento auditivo-visual directo más elevado que los perceptores frecuentes. Esta predicción también fue confirmada más tarde por los mapas de conectividad de fuentes utilizados por Banerjee, Roy y sus colegas.
«Nuestro estudio contribuye significativamente a la literatura científica en la percepción intermodal, ya que anteriormente seguía siendo bastante difícil de definir cómo la dinámica de la red cerebral a gran escala entre las áreas sensoriales tempranas y las cognitivas de orden superior puede dar lugar a la percepción y la variabilidad de la misma en varios procesamientos perceptivos multisensoriales entre los participantes», dijo Roy. «Por supuesto, este hallazgo no se limita al procesamiento audiovisual, sino que allana el camino de forma muy natural para otros dominios multisensoriales, como la vista y el oído con el tacto, el olfato, el movimiento propio y el gusto».
Estudios anteriores han encontrado evidencia de que los patrones de sincronización anormales en ritmos cerebrales específicos pueden contribuir en parte a los déficits multisensoriales en personas mayores o personas afectadas por una serie de trastornos mentales, incluidos el autismo, la esquizofrenia y la enfermedad de Alzheimer. Sin embargo, hasta ahora, los investigadores no han podido delinear claramente los mecanismos dinámicos que dan lugar a la coherencia y la decoherencia en las bandas de frecuencia del cerebro asociadas con el procesamiento multisensorial.
Banerjee y Roy, junto con sus estudiantes graduados G. Vinodh Kumar y Shrey Dutta, reunieron nuevos conocimientos valiosos que podrían arrojar luz sobre estos mecanismos, ampliando así la comprensión actual de los mecanismos neuronales que sustentan las diferencias individuales en las percepciones. En primer lugar, los investigadores identificaron una mayor coherencia global en la banda de frecuencia alfa para aquellos que no percibían la ilusión de McGurk, en comparación con los que sí.
«Usando modelos de masa neuronal, también predijimos que el audio directo alto -Las conexiones funcionales visuales son clave para mantener la coherencia global alfa alta en los perceptores raros», dijo Roy. «Finalmente, utilizando el análisis de red a nivel de fuente, validamos las predicciones de nuestro modelo de que, de hecho, las coherencias del nivel de fuente entre las áreas auditivas (GST de la circunvolución temporal superior izquierda) y las áreas visuales (corteza occipital medial, MOC y corteza occipital superior, SOC) es mayor en perceptores raros de la ilusión de McGurk».
El estudio reciente llevado a cabo por este equipo de investigadores podría, en última instancia, ampliar la comprensión actual de cómo el cerebro humano integra diferentes tipos de estímulos sensoriales mientras los procesa simultáneamente. En el futuro, la metodología y el modelo presentados por Banerjee, Roy y sus colegas podrían usarse para investigar otras formas de procesamiento multisensorial o instancias en las que varias áreas del cerebro interactúan o trabajan juntas, por ejemplo, áreas involucradas en la emoción y el juicio. En sus próximos estudios, a los investigadores también les gustaría explorar cómo los estados cerebrales previos al estímulo que llevan firmas significativas de ritmo cerebral espontáneo pueden dar forma a la actividad cerebral después de que a alguien se le presente un estímulo dado.
«Por el momento encontramos la noción de coherencia reducida (es decir, decoherencia) como un marcador importante para la integración audiovisual», dijeron Roy y Banerjee. «Sin embargo, futuros estudios de imágenes cerebrales podrían investigar si la decoherencia es una métrica generalizada que captura la eficacia con la que los conjuntos neuronales interactúan con las entradas ambientales. Por ejemplo, en poblaciones autistas y personas con problemas de aprendizaje, la coherencia existente en la dinámica espontánea puede lograr altos niveles de estabilidad. , de modo que es difícil perturbar la desincronización para efectuar un procesamiento de información eficiente. La identificación de tales mecanismos podría informar el desarrollo de nuevas rutas para la recuperación».
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El vínculo entre dibujar y ver en el cerebro Más información: G. Vinodh Kumar et al. Mecanismos biofísicos que rigen la dinámica de la red cerebral a gran escala que subyace a la variabilidad de la percepción individual específica, European Journal of Neuroscience (2020). DOI: 10.1111/ejn.14747 Información de la revista: European Journal of Neuroscience
2020 Science X Network
Cita: Investigación de los mecanismos neuronales subyacentes a los diferencias en la percepción (2020, 18 de mayo) recuperado el 31 de agosto de 2022 de https://medicalxpress.com/news/2020-05-neural-mechanisms-underlying-individual-differences.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.