Las neuronas pueden cambiar la forma en que procesan la información sobre el movimiento: estudio
Crédito: Pixabay/CC0 Dominio público
La nueva investigación de Rochester indica que algunas neuronas pueden ser más hábiles de lo que se pensaba anteriormente para ayudarlo a percibir el movimiento de los objetos mientras se mueve a través del mundo. Los hallazgos pueden tener implicaciones para el desarrollo de futuras prótesis y para comprender algunos trastornos cerebrales.
Nuestros cerebros utilizan varios marcos de referencia, también conocidos como sistemas de coordenadas, para representar el movimiento de los objetos en una escena.
Algunos sistemas de coordenadas son más útiles que otros para representar información. Para representar una ubicación en la Tierra, por ejemplo, podríamos usar un sistema de coordenadas centrado en la Tierra, como la latitud y la longitud. En tal sistema de coordenadas centrado en la Tierra, una ubicación como su hogar es constante en el tiempo. Pero también podría representar el lugar donde vive como una ubicación relativa al sol utilizando un sistema de coordenadas centrado en el sol. Claramente, dicho sistema no sería útil para las personas que intentan encontrar dónde vive, ya que su dirección en coordenadas centradas en el sol cambiaría continuamente a medida que la Tierra gira en relación con el sol.
El cerebro humano se enfrenta a este mismo problema de representar información con sistemas de coordenadas apropiados y transferir entre sistemas de coordenadas para guiar sus acciones. Esto se debe en parte a que la información sensorial se codifica en diferentes marcos de referencia: la información visual se codifica inicialmente en relación con el ojo con coordenadas centradas en el ojo, la información auditiva se codifica inicialmente en relación con la cabeza con coordenadas centradas en la cabeza, y así sucesivamente. Debe ocurrir un conjunto interesante de cálculos en el cerebro para que estas señales sensoriales se combinen para permitir que una persona perciba una escena completa.
Pero, ¿cómo representan las neuronas objetos en diferentes marcos de referencia mientras te mueves a través de ella? un entorno?
En un artículo publicado en la revista Nature Neuroscience, investigadores de la Universidad de Rochester, incluido Greg DeAngelis, profesor de ciencias cognitivas y del cerebro, examinaron cómo las neuronas en el cerebro representan el movimiento de un objeto mientras el observador también se está moviendo.
Específicamente, los investigadores estudiaron cómo los observadores juzgan el movimiento de un objeto en relación con la cabeza del observador o con el mundo.
Sus hallazgos de que las neuronas en un región del cerebro son más flexibles para cambiar entre marcos de referencia, ofrecen información importante sobre el funcionamiento interno del cerebro y podrían usarse potencialmente en prótesis neurales y terapias para tratar trastornos cerebrales.
¿Las neuronas están fijas o fugadas? xible?
Imagina que estás jugando al fútbol. Si estás corriendo y quieres cabecear la pelota, necesitarás calcular la trayectoria del movimiento de la pelota en relación con tu cabeza para que puedas hacer contacto entre tu cabeza y la pelota. Por lo tanto, sería útil un sistema de coordenadas centrado en la cabeza. Alternativamente, si está corriendo y viendo a su compañero de equipo patear el balón hacia la portería, necesitará calcular la trayectoria de la pelota en relación con la portería para determinar si su compañero de equipo anotó o no. Esto requeriría un sistema de coordenadas centrado en el mundo, ya que el objetivo se fija en relación con el mundo.
«Dependiendo de la tarea que se realice, el cerebro necesita representar el movimiento del objeto en diferentes sistemas de coordenadas para tener éxito». dice DeAngelis. «La gran pregunta es: ¿cómo hace esto el cerebro?»
Los investigadores querían determinar si el cerebro tiene que cambiar entre diferentes neuronas que tienen cada una un marco de referencia fijo diferente, por ejemplo, cambiar entre neuronas centradas en la cabeza neuronas y neuronas centradas en el mundo, o si las neuronas son flexibles y actualizan sus marcos de referencia de acuerdo con las demandas instantáneas de la tarea de representar el movimiento de un objeto.
Los investigadores entrenaron a los sujetos para juzgar el movimiento de un objeto, ya sea centrado en la cabeza o centrado en la cabeza. coordenadas centradas en el mundo y cambiar entre ellas de prueba a prueba en función de una señal.
Los investigadores registraron señales de neuronas en dos áreas diferentes del cerebro y encontraron que las neuronas en el área ventral intraparietal (VIP) del cerebro tienen una propiedad notable: sus respuestas al movimiento del objeto cambian dependiendo de la tarea.
Es decir, las neuronas no tienen marcos de referencia fijos, sino que se adaptan con flexibilidad a las demandas de la tarea y cambian su referencia e encuadra en consecuencia.
Las neuronas en VIP representarán el movimiento del objeto en coordenadas centradas en la cabeza cuando se requiera que los sujetos informen el movimiento del objeto en relación con su cabeza. Representan el movimiento de un objeto en coordenadas centradas en el mundo cuando se requiere que el sujeto informe sobre el movimiento del objeto en relación con el mundo.
Debido a que las neuronas tienen respuestas tan flexibles, esto significa que el cerebro puede simplificar en gran medida el proceso de transmitir la información que necesita para guiar las acciones.
«Este es el primer estudio que muestra que las neuronas pueden representar de manera flexible información espacial, como el movimiento de objetos, en diferentes sistemas de coordenadas basados en las instrucciones que se le dan al sujeto». dice DeAngelis. «Esto significa que el cerebro puede decodificar o ‘leer’ la información de esta única población de neuronas y ser capaz de tener la información que necesita para cualquier situación de tarea».
El área VIP está ubicada en el lóbulo parietal de el cerebro y recibe entradas de los sentidos visual, auditivo y vestibular (oído interno). Este es el primer estudio para probar marcos de referencia flexibles, por lo que el área VIP es la única área conocida que tiene esta propiedad. Los investigadores sospechan, sin embargo, que las neuronas en otras áreas del cerebro también pueden tener esta propiedad.
Aplicaciones para prótesis neurales y trastornos cerebrales
La investigación ofrece información importante sobre el sistema interno funcionamiento del cerebro y potencialmente podría usarse para aplicaciones tales como prótesis neurales, en las que la actividad cerebral se usa para controlar extremidades artificiales o vehículos.
«Para hacer una prótesis neural efectiva, desea recopilar señales de las áreas del cerebro que serían más útiles y flexibles para realizar tareas básicas», dice DeAngelis. «Si esas tareas implican interceptar objetos en movimiento, por ejemplo, aprovechar las señales de VIP podría ser una forma de hacer que una prótesis funcione de manera eficiente para una variedad de tareas que implicarían juzgar el movimiento en relación con la cabeza o el mundo».
Aunque esta investigación actualmente no está relacionada con un trastorno cerebral específico, los investigadores han descubierto previamente que la capacidad de los humanos para captar información sensorial e inferir qué eventos en el mundo causaron esa entrada sensorial, una capacidad conocida como inferencia causal, se ve afectada en trastornos como como autismo y esquizofrenia.
«En el trabajo actual y futuro, estamos estudiando los mecanismos neuronales de este proceso de inferencia causal con más detalle, utilizando tareas relacionadas que involucran interacciones entre el movimiento del objeto y el movimiento propio», DeAngelis dice.
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Revelando cómo las moscas toman decisiones sobre la marcha para sobrevivir Más información: Ryo Sasaki et al, Codificación flexible del movimiento de objetos en marcos de referencia múltiples por neuronas de la corteza parietal, Nature Neuroscience (2020). DOI: 10.1038/s41593-020-0656-0 Información de la revista: Nature Neuroscience
Proporcionado por la Universidad de Rochester Cita: Las neuronas pueden cambiar la forma en que procesan la información sobre el movimiento : estudio (2020, 15 de junio) recuperado el 31 de agosto de 2022 de https://medicalxpress.com/news/2020-06-neurons-shift-motion.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.