Enero 24, 2002
La Jolla, CA – De acuerdo con el dogma aceptado, el cerebro responde a las experiencias sensoriales como una brigada de cubetas electrónicas, con señales entrantes que pasan de una región a la siguiente de forma un tanto lineal.
Este papel un tanto pasivo ahora está siendo desafiado por nuevos estudios dirigidos por neurocientíficos y biólogos computacionales en The Salk Institute. En lugar de la metáfora de la brigada de cubos, estos científicos ven el cerebro más como una banda de jazz improvisada que ajusta sus partes en curso a la llegada de nuevas voces o temas.
"Nuestros datos indican que el cerebro 'en reposo' se parece más a un grupo de músicos de jazz calentando: cada instrumento o área del cerebro toca una melodía diferente", dijo. terrence sejnowski, profesor de neurociencia computacional en Salk y autor principal del estudio que aparece en la edición actual de la revista Science.
"Luego, cuando un músico principal comienza a tocar un nuevo tema (es decir, un estímulo), la mayoría de los demás instrumentos ajustan su ritmo", dice el primer autor Scott Makeig, científico sénior del laboratorio de Sejnowski y director del Centro Swartz de Neurociencia Computacional en la Universidad de California, San Diego.
El resultado sugiere una visión mucho más dinámica de la actividad del cerebro de lo que se prevé en los análisis estándar.
También abre nuevas vías para explorar ciertas disfunciones cerebrales, como la esquizofrenia y el autismo.
“Sabemos que algunas respuestas cerebrales importantes son demasiado pequeñas o faltan en el autismo. Este análisis puede ayudarnos a entender por qué”, dijo Eric Courchesne, profesor de la Facultad de Medicina de UCSD y uno de los autores del estudio.
“En términos de la metáfora de Terry, existe una buena posibilidad de que en el autismo falte la coherencia de la banda. No hay reorganización, y los instrumentos siguen tocando sus propias melodías”, agregó.
El informe aplica un nuevo método de análisis a los datos de un experimento de percepción visual.
En los experimentos, 15 sujetos humanos observaron cómo los círculos de colores destellaban en una pantalla mientras se registraban EEG en 31 ubicaciones en sus cueros cabelludos. La dinámica de las ondas cerebrales antes del estímulo se comparó con la actividad alterada después del estímulo.
“Los investigadores han recopilado tradicionalmente cientos de ensayos similares de cada sujeto en tales experimentos y luego promediaron los resultados”, dijo Makeig.
En el nuevo estudio, los investigadores aplicaron una técnica matemática recientemente desarrollada llamada ICA (Análisis de Componentes Independientes) que les permitió examinar cada uno de los más de 13,000 ensayos individualmente.
“Antes del destello había mucha actividad ondulatoria, pero la fase varía aleatoriamente de una prueba a otra”, dijo Sejnowski. Si promedia muchas pruebas juntas, los picos y los valles se anulan entre sí, lo que da como resultado una línea recta.
“Lo que parece suceder es que el estímulo restablece la fase de estas ondas de modo que, después del estímulo, los picos y los valles tienden a ocurrir en momentos similares de una prueba a otra. Si suma varias pruebas, acentúa tanto los picos como los valles, dando la apariencia de una señal de EEG nueva y más fuerte”.
Se descubrieron siete fuentes independientes de ondas cerebrales que ajustan sus señales siguiendo un estímulo intermitente. Cada fuente representa actividad neuronal sincrónica en un área del cerebro, algo así como el marcapasos de un corazón. Cuando el marcapasos deja de funcionar de manera coherente y cada célula del corazón elige su propio ritmo, se produce la fibrilación.
La forma en que los médicos o paramédicos hacen que el corazón vuelva a latir es aplicarle descargas, lo que restablece los marcapasos para que actúen en fase entre sí. En el cerebro, un estímulo actúa de manera similar, restableciendo la fase de las oscilaciones y sincronizándolas, aunque sea brevemente. Aunque la mayoría de los sujetos mostraron evidencia de varias fuentes de ondas cerebrales, tenían diferencias individuales con respecto a la fuerza, amplitud y frecuencia de las ondas EEG asociadas.
“Uno esperaría esto, por supuesto”, dijo Sejnowski. “La siguiente pregunta es: ¿podemos encontrar diferencias que den cuenta de trastornos cerebrales como la esquizofrenia o el autismo?”.
El estudio llamado "Fuentes cerebrales dinámicas de respuestas evocadas visuales", se realizó en colaboración con los coautores de Salk M.Westerfield, S. Enghoff y TP. Jung; y el coautor de UCSD J.Townsend, Westerfield y Jung son miembros del Centro Swartz de Neurociencia Computacional de UCSD, que dirigen Sejnowski y Makeig. Sejnowski es investigador del Instituto Médico Howard Hughes y profesor adjunto en UCSD. El estudio fue fundado por los Institutos Nacionales de Salud, el Instituto Nacional de Trastornos Neurológicos y Accidentes Cerebrovasculares, la Oficina de Investigación Naval de EE. UU., el Programa Fulbright y la Fundación Swartz.
El Instituto Salk de Estudios Biológicos, ubicado en La Jolla, California, es una institución independiente sin fines de lucro dedicada a los descubrimientos fundamentales en las ciencias de la vida, la mejora de la salud y las condiciones humanas y la capacitación de futuras generaciones de investigadores. El Instituto fue fundado en 1960 por Jonas Salk, MD, con una donación de un terreno de la ciudad de San Diego y el apoyo financiero de March of Dimes Birth Defects Foundation.
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