Las neuronas del ‘metrónomo’ son como cronómetros en el cerebro de los ratones
Tu cerebro es un poco como una sala de conciertos. Para impulsar nuestros procesos cognitivos, varios grupos de neuronas deben activarse y, como las partes de una orquesta, trabajan en conjunto para producir la sinfonía computacional que nos permite percibir e interactuar con nuestro entorno.
Al igual que una orquesta, el cerebro puede necesitar un director para mantener sincronizadas todas sus partes móviles. Algunos neurocientíficos creen que los ritmos gamma, ondas cerebrales rápidas que fluctúan a unos 40 ciclos por segundo, desempeñan un papel. Al hacer tictac periódicamente, se cree que estas oscilaciones actúan como un reloj, coordinando la transferencia de información de un conjunto de neuronas a otro. Existe amplia evidencia de que las ondas gamma son importantes para el cómputo cerebral: décadas de investigación en humanos y otros animales han encontrado estos patrones en muchas partes del cerebro, vinculándolos con una variedad de procesos cognitivos, como la atención y los registros mentales de la memoria de trabajo. . Algunos estudios incluso han relacionado las alteraciones de estas oscilaciones con diversos trastornos neurológicos, como la esquizofrenia y el Alzheimer.
Pero no hay consenso. Algunos neurocientíficos piensan que estas ondas gamma pueden no hacer mucho. Un campo ve estos ritmos como «gases de escape computacionales» en lugar de señales fisiológicas correlacionadas, dice Chris Moore, neurocientífico del Instituto Carney de Ciencias del Cerebro de la Universidad de Brown. Explicó que al igual que su automóvil emite emisiones cada vez que conduce, las señales gamma pueden estar perfectamente correlacionadas con la actividad cerebral, pero no hacen ninguna contribución significativa a la función real del automóvil.
Esta opinión también está respaldada por evidencia científica. La frecuencia exacta de las oscilaciones gamma puede depender de la fuerza del estímulo, informan los investigadores. Esto va en contra de la idea de que estas ondas son cronómetros o directores, dijo Moore, «porque los directores no deberían cambiar el tempo en función del volumen de la música».
Publicado el 18 de julio en neuronas. Moore y Hyeyoung Shin, un estudiante de doctorado en su laboratorio, informan que han descubierto un grupo previamente desconocido de neuronas que actúan como un metrónomo en ratones. Estas células de «metrónomo» disparan rítmicamente a frecuencias gamma (30 a 55 ciclos por segundo) independientemente de lo que suceda en el mundo exterior, y la probabilidad del animal de detectar un estímulo sensorial está relacionada con la capacidad de las células para mantener el tiempo.
Moore y Shin comenzaron su investigación, buscando actividad cerebral asociada con la percepción del tacto. Para hacer esto, implantaron electrodos en la corteza de barril de la región somatosensorial del cerebro del ratón, que procesa la información de los sentidos. Luego, la pareja midió la actividad neuronal mientras observaba la capacidad de los roedores para notar toques sutiles en sus bigotes.
Centrándose en las oscilaciones gamma, el equipo decidió estudiar específicamente un grupo de células cerebrales llamadas interneuronas de pico rápido porque investigaciones previas del grupo de Moore y otros sugirieron que podrían estar involucradas en la generación de estos ritmos rápidos. El análisis mostró que, como se esperaba, la medida en que estas células dispararon a las frecuencias gamma predijeron la capacidad de los ratones para detectar el tacto.
Pero cuando cavaron más profundo, encontraron algo extraño. Inicialmente, esperaban que las células que se activaban en respuesta a los estímulos sensoriales mostrarían el vínculo más fuerte con la precisión de la percepción, pero cuando examinaron estas células, la asociación se debilitó. «Entonces nos dimos cuenta de que tal vez lo no sensorial [that matter]», dijo Moore. «Recuerdo ese momento vívidamente porque fue significativo. Después de todo, agregó, si las unidades actúan como cronometradores, desea que se mantengan constantes sin importar lo que suceda a su alrededor.
Volvieron a analizar solo aquellas células que no respondían a los estímulos sensoriales y, he aquí, el vínculo con el éxito percibido se hizo más fuerte. Además de ser inmune a la interferencia externa, este subconjunto particular de células también tiende a dispararse periódicamente en intervalos de rango gamma, como un metrónomo. Además, cuanto más regular era el ritmo de estas células, mejor parecían ser los animales para detectar golpes de bigotes. Si comparas el cerebro con una sala de conciertos, lo que parece estar sucediendo, argumenta Shin, es que «cuanto más cronometrado esté el director, mejor actuará la orquesta».
Vikaas Sohal, neurocientífico de la Universidad de California en San Francisco, que no participó en el estudio, dijo que el artículo «cambia la forma en que pensamos sobre los ritmos cerebrales». El campo se basa en gran medida en observaciones realizadas inicialmente con registros de señales eléctricas del cuero cabelludo, que representan la fusión de muchas neuronas en varias partes del cerebro, pero «aquí descubrimos un tipo diferente de ritmo cerebral que no se produce al mirar». Las señales eléctricas para identificar son impulsadas por muchas células, no por señales en tipos específicos de células», escribió Sohal en un correo electrónico.
Se ha informado previamente que las neuronas se disparan a intervalos gamma. En 1996, los científicos informaron sobre las llamadas células de aleteo en los cerebros de gatos anestesiados, que generan espontáneamente ráfagas de frecuencias gamma. «La idea de que estas células generan por sí mismas este ritmo de tiempo organizado ha existido por un tiempo», dijo Jess. Cardin, neurocientífico de la Universidad de Yale y ex postdoctorado en el laboratorio de Moore, no participó en el estudio. «Esta es la primera vez que alguien identifica un conjunto de neuronas gamma autogeneradas y las vincula con el comportamiento».
Pero cómo estas células recién descubiertas coordinan la actividad neuronal sigue siendo una pregunta abierta. Un resultado desconcertante del estudio, dice Supratim Ray, neurocientífico del Instituto Indio de Ciencias, es que cuando los autores observaron el potencial de campo local (la actividad total de una población de neuronas), no pudieron encontrar una correlación entre gamma oscilaciones y celdas de metrónomo relacionadas con la actividad. Una posible explicación para el hallazgo, según Moore, es que estas células productoras de rayos gamma afectan solo a un pequeño subconjunto de neuronas que son importantes para el cálculo cerebral y, por lo tanto, no aparecen en las señales de población. Pero si ese es el caso, Ray dijo que el reloj podría no ser muy útil. «Si todos usan un reloj diferente y no están sincronizados, entonces no hay tiempo común».
Así que el jurado aún está fuera. Cuando se trata de si las oscilaciones gamma juegan un papel funcional, los hallazgos son otra evidencia que impulsa la idea, dijo Cardin. Pero como muchos otros estudios en el campo, estos experimentos solo pueden establecer una correlación entre los ritmos gamma y el comportamiento, no causa y efecto, agregó. «Esta es un área donde los experimentos concluyentes son realmente difíciles, y actualmente imposibles de hacer».
