¿Las ondas cerebrales realizan actividad neuronal como una sinfonía?
SAN DIEGO — En una explicación de libro de texto sobre cómo se codifica la información en el cerebro, las neuronas disparan señales eléctricas rápidas en respuesta a la entrada de los sentidos u otros estímulos. El cerebro responde a las luces en una habitación oscura con breves impulsos nerviosos llamados picos. Cada pico estrechamente agrupado se puede comparar con un solo dígito (el código de conmutación binario utilizado por las computadoras).
Sin embargo, los neurocientíficos saben desde hace mucho tiempo que existen otras formas de actividad eléctrica en el cerebro. En particular, las fluctuaciones rítmicas de voltaje dentro y alrededor de las neuronas (oscilaciones que ocurren a 60 ciclos por segundo con la corriente alterna de los EE. UU.) han llamado la atención del campo. Estas ondas gamma codifican información al cambiar la amplitud, la frecuencia o la fase de la señal (la posición relativa de una onda con respecto a la otra), mientras que los aumentos rítmicos de voltaje afectan la sincronización de los picos.
En los últimos años, se ha avivado el debate sobre si estas señales analógicas (similares a las que se utilizan para transmitir radio AM o FM) podrían desempeñar un papel en la clasificación, filtrado y organización del flujo de información necesario para los procesos cognitivos. Pueden ayudar a percibir información sensorial, concentrarse, crear y recordar recuerdos y acoplar varios procesos cognitivos en una escena coherente.
Se cree que las poblaciones de neuronas que oscilan en las frecuencias gamma pueden unir la actividad neuronal de la misma manera que la parte del violín de una orquesta se acopla temporal y rítmicamente con la parte de la percusión para crear música sinfónica. Cuando las ondas gamma oscilan en resonancia, «obtienes una biblioteca muy rica de comportamientos», dice Wolf Singer, un neurocientífico que estudia las ondas gamma en el Instituto Ernst Strüngmann en Frankfurt, Alemania. Así como el tablero de su automóvil vibrará en sincronía con el motor a una frecuencia resonante, también se pueden acoplar resonantemente grupos separados de neuronas.
El neurocientífico Philip Gander de la Universidad de Iowa mostró en la conferencia los resultados de cómo las ondas gamma pueden contribuir a la memoria de trabajo, el bloc de notas mental que utiliza el cerebro para recordar información de forma inmediata. La investigación de Gander muestra que cuando una persona memoriza un tono, aparecen ondas gamma en el cerebro inactivo durante el intervalo entre pronunciar el tono de prueba y pedirle al sujeto que lo recuerde. Las frecuencias gamma que viajan a través de la corteza auditiva y frontal pueden ayudar a recordar temporalmente los sonidos u otras entradas sensoriales, al igual que un grupo de diapasón mantiene un tono mucho después de un toque, manteniendo los pensamientos en la mente.
No todos los neurocientíficos están cada vez más interesados en las ondas gamma. Una controvertida reunión a principios de noviembre en la reunión anual de la gran Sociedad de Neurociencia (SfN) en San Diego atrajo a una gran audiencia. El debate allí se centra en si las ondas gamma son fundamentales para el funcionamiento del cerebro, o simplemente un subproducto no relacionado, como el zumbido de un amplificador electrónico.
A menudo hay una falta de evidencia sustancial sobre el papel de las ondas gamma en el procesamiento mental. Los críticos señalan que las oscilaciones ocurren en todas partes en la naturaleza, desde las olas rítmicas que se precipitan hacia la costa hasta los gritos ásperos que transmiten los micrófonos en los sistemas de megafonía. Argumentan que la mera presencia de oscilaciones de circuito no significa que sean parte integral de la función neuronal. «En este momento, estas son muchas teorías hermosas que no han sido probadas por muchos experimentos», dijo Jessica Cardin, neurocientífica de sistemas de la Facultad de Medicina de Yale y escéptica en el debate de SfN. pruebas que buscan una relación causal entre las ondas gamma y procesos neuronales específicos.
Un área de consenso tiene que ver con el papel de las ondas gamma en los trastornos neurológicos y psicológicos. «Soy psiquiatra, y una de las razones por las que estoy interesado en esto es porque los ritmos gamma se interrumpen significativamente en muchos trastornos psiquiátricos, más comúnmente en la esquizofrenia y el autismo», dijo el neurocientífico de UC St. Systems, Vikaas Sohal, dijo Francisco. Sohal también reconoce que aún no se ha determinado si las oscilaciones son la causa de la disfunción cognitiva.
Algunos investigadores han comenzado a probar si la alteración de las ondas gamma podría ayudar a tratar los trastornos mentales. La investigación realizada por Singer y otros ha demostrado que las personas pueden aprender a controlar la potencia de las ondas gamma en regiones específicas de la corteza cerebral mediante el uso de la neurorretroalimentación como posible técnica terapéutica. «Hay varios estudios pequeños de niños autistas con biorretroalimentación con resultados prometedores», dijo la neurocientífica Elizabeth Buffalo, profesora de fisiología y biofísica en la Universidad de Washington en Seattle, quien moderó el debate en la conferencia SfN.
Además, varias formas de estimulación cerebral rítmica para alterar la frecuencia de las ondas gamma y otras oscilaciones neuronales han comenzado a probarse contra una variedad de trastornos, que incluyen depresión crónica, autismo, esquizofrenia y más. Sin embargo, Cardin advierte que los tratamientos que se están probando, que utilizan técnicas como la estimulación cerebral profunda y la estimulación magnética transcraneal, pueden simplemente interrumpir los circuitos cerebrales al sobreestimular o suprimir la actividad eléctrica, desactivando las señales anormales. En casos extremos, la terapia de electroshock puede ser efectiva para tratar la depresión, pero es posible que la terapia no corrija las oscilaciones anormales que causan la afección.
La misma crítica a los instrumentos contundentes socava los esfuerzos experimentales para probar si las oscilaciones son la base de la función cerebral o son solo humo del motor cognitivo del cerebro. Las técnicas existentes alteran la actividad cerebral demasiado severamente para proporcionar una prueba convincente. Además, la manipulación de las ondas cerebrales también cambió la sincronización de los picos, lo que dificulta determinar qué actividad (ondas o picos) podría estar asociada con un procesamiento neuronal normal o anormal. Los científicos están de acuerdo en que lo que se necesita es tecnología que aún no se ha inventado para manipular de forma independiente la fase y el tiempo de pico de las oscilaciones en neuronas específicas. Solo entonces es posible saber qué persona es responsable de un determinado proceso cognitivo.
