funcionamiento interno del cerebro

Descubren cómo las regiones del cerebro trabajan juntas o solas

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Investigadores de la Escuela de Ingeniería de la Universidad de Stanford, en California, Estados Unidos, pueden haber resuelto un enigma sobre el funcionamiento interno del cerebro, que se compone de miles de millones de neuronas, organizadas en diferentes regiones, con cada región como principal responsable de las diferentes tareas. En su trabajo, publicado este domingo en la revista 'Nature Neuroscience', describen el mecanismo por el que esas regiones trabajan juntas cuando es necesario.

I nvestigadores de la Escuela de Ingeniería de la Universidad de Stanford, en California, Estados Unidos, pueden haber resuelto un enigma sobre el funcionamiento interno del cerebro, que se compone de miles de millones de neuronas, organizadas en diferentes regiones, con cada región como principal responsable de las diferentes tareas. En su trabajo, publicado este domingo en la revista 'Nature Neuroscience', describen el mecanismo por el que esas regiones trabajan juntas cuando es necesario.

Las diversas regiones del cerebro a menudo trabajan de forma independiente, basándose en las neuronas dentro de la región para hacer su trabajo, pero, en otras ocasiones, dos regiones deben cooperar para llevar a cabo la tarea en cuestión. El enigma es qué mecanismo permite que dos regiones del cerebro se comuniquen cuando tienen que cooperar sin interferir unas con otras cuando tienen que trabajar solas.

Un equipo dirigido por el profesor de ingeniería eléctrica de Stanford Krishna Shenoy revela un proceso previamente desconocido que ayuda a dos regiones del cerebro a cooperan cuando se requiere su acción conjunta para realizar una tarea.

El laboratorio Shenoy ha sido un pionero en el análisis de cómo un gran número de neuronas funcionan como una unidad. Los investigadores descubrieron una manera en la que diferentes regiones del cerebro mantienen resultados localizados o señales de radiodifusión para reclutar otras regiones según sea necesario.

"Nuestras neuronas siempre están encendidas y conectadas ", explica Matthew Kaufman, investigador postdoctoral en el laboratorio de Shenoy cuando era coautor del estudio mientras ahora está llevando a cabo la investigación del cerebro en el 'Cold Spring Harbor Laboratory' de Nueva York. "Así que es importante controlar lo que las señales se transmiten de una zona a otra", apostilla.

Los científicos obtuvieron sus resultados mediante el estudio de los monos que habían sido entrenados para hacer movimientos precisos del brazo. En concreto, se les enseñó a hacer una breve pausa antes de alcanzar una cosa, dejando así que su cerebro se prepare un momento antes de seguir.

Entonces, los autores tomaron lecturas eléctricas en tres lugares durante los experimentos: los músculos de los brazos y cada una de las dos regiones corticales del motor en el cerebro conocido por controlar los movimientos del brazo. Las lecturas musculares permitieron determinar qué tipo de señales se reciben del brazo durante el estado de preparación en comparación con la etapa de acción.

Dos regiones controlan los movimientos del brazo y están localizadas cerca de la parte superior del centro del cerebro, unos dos centímetros y medio hacia un lado. Cada una de las dos regiones está compuesta de más de 20 millones de neuronas.

Los científicos querían entender el comportamiento de las dos regiones, pero no podían sondear millones de neuronas, por lo que hicieron lecturas a partir de muestras cuidadosamente seleccionadas de alrededor de entre 100 a 200 neuronas individuales en cada una de las dos regiones.

Durante los experimentos, los investigadores examinaron las lecturas del cerebro de los monos en dos niveles: en uno en el que consideraban que se producía la actividad de neuronas individuales, es decir, la rapidez o lentitud con la que las neuronas disparan señales y otro nivel en el que identificaron patrones de cambios en la actividad de muchas neuronas.

TÉCNICA RELATIVAMENTE NUEVA

Esta es una técnica relativamente nueva para la neurociencia, llamada análisis de población y dimensionalidad y que tiene como objetivo entender cómo las neuronas trabajan juntas en regiones enteras del cerebro. Las principales conclusiones surgieron de la comprensión de cómo las neuronas individuales trabajaron juntas como una población que conduce los músculos.

Como el mono se preparó para el movimiento pero retuvo su brazo, muchas neuronas en ambas regiones de control de movimiento registraron grandes cambios en la actividad, sin embargo, esta actividad preparatoria no fue el motor del movimiento.Los expertos se dieron cuenta de que, durante la fase preparatoria, el cerebro equilibra cuidadosamente los cambios de actividad de todas esas neuronas individuales dentro de cada región. Mientras que algunas neuronas se disparan más rápido, otras se ralentizan de manera que toda la población transmite un mensaje constante a los músculos.Pero en el momento de la acción, las lecturas de población cambiaron de una manera medible y consistente. Al observar los datos, los científicos pudieron correlacionar estos cambios en el nivel de la población con la flexión de los músculos. Esto cambia en los niveles de población diferenciando la acción de la preparación.