El mapeo cerebral avanza en la comprensión del habla humana y las alucinaciones en la esquizofrenia

Los experimentos con la voz en personas con epilepsia han ayudado a rastrear el circuito de señales eléctricas en el cerebro que permiten al centro auditivo separar los sonidos de fondo de sus propias voces.

Estas señales de descarga de corolario auditivo comienzan y terminan en dos subregiones de la superficie plegada superior del cerebro, o corteza, según muestra un nuevo estudio. Se sabe que una gran parte de la corteza, la corteza motora, controla los movimientos musculares voluntarios del cuerpo, incluidos los implicados en el habla, mientras que otra gran sección, la corteza auditiva, controla la audición.

En términos de evolución, se cree que la capacidad de los animales y los humanos para distinguir las propias llamadas o voces de las de los demás ha permitido la percepción de amenazas y una mayor supervivencia. Las señales eléctricas de ida y vuelta, de milisegundos de duración, que permiten al cerebro restar importancia a los sonidos de fondo, están presentes, por ejemplo, cuando los grillos distinguen rápidamente sus propios chirridos de apareamiento de los chirridos de los demás, cuando los pájaros cantan canciones de apareamiento y cuando los murciélagos utilizan reverberaciones del sonido para negociar sus entornos.

En los seres humanos, también se cree que las alteraciones de este sistema son características de las alucinaciones auditivas, o de «escuchar voces», en personas con esquizofrenia que no pueden distinguir las voces «reales» de los sonidos externos, dicen los autores del estudio. También se cree que las alteraciones en las señales de descarga del corolario auditivo están involucradas en la tartamudez.

Si bien experimentos anteriores habían rastreado este circuito eléctrico cerebral hasta la corteza motora en mamíferos, el campo ha tenido dificultades para determinar dónde se originan las señales de descarga en la corteza motora humana. Esto se debe en parte a la dificultad de registrar la actividad cerebral mientras las personas están despiertas y hablando, pero principalmente a la complejidad del análisis informático necesario para analizar las grabaciones.

Para el nuevo estudio, dirigido por investigadores de NYU Langone Health, su Instituto de Neurociencia y la Escuela de Ingeniería Tandon de la Universidad de Nueva York, los neurocientíficos realizaron experimentos de voz en ocho adultos con epilepsia. Todos se sometieron a una cirugía de rutina para determinar el origen de sus convulsiones y se ofrecieron como voluntarios para participar en ejercicios de palabras. El estudio se publicará en el Actas de la Academia Nacional de Ciencias y actualmente disponible en el bioRxiv servidor de preimpresión.

El informe describe cómo los investigadores mapearon las señales de descarga del corolario auditivo desde la parte inferior o ventral de la corteza motora, una subregión llamada circunvolución precentral. Luego se descubrió que las señales eléctricas, que duraban un promedio de 120 milisegundos, se movían hacia abajo y a través de los pliegues de la circunvolución precentral hasta una subregión cortical auditiva vecina, llamada circunvolución temporal superior.

«Creemos que nuestro estudio resuelve un enigma de larga data en nuestra comprensión del habla humana, ofreciendo la primera evidencia directa de los circuitos cerebrales de la corteza motora involucrados en la descarga corolaria que nos permite permanecer alerta a nuestro entorno incluso mientras hablamos», dijo El investigador principal del estudio, Amirhossein Khalilian-Gourtani, Ph.D. Khalilian-Gourtani es investigador postdoctoral en el Departamento de Neurología de la Facultad de Medicina Grossman de la Universidad de Nueva York.

«Nuestros hallazgos también proporcionan información específica sobre la esquizofrenia, ofreciendo una explicación para el origen de las alucinaciones auditivas, como resultado de la interrupción de la descarga corolaria entre las cortezas motora y auditiva del cerebro», dijo el neurocientífico Adeen Flinker, Ph.D., investigador principal del estudio.

«Lo que nosotros y muchos otros investigadores sospechamos que está sucediendo en algunas personas con esquizofrenia es que no pueden disociar su propia voz de la de los demás o incluso de otros estímulos externos», dijo Flinker, profesor asociado del Departamento de Neurología de la Facultad de Medicina Grossman de la Universidad de Nueva York. Medicina y Escuela de Ingeniería Tandon de la Universidad de Nueva York.

Como parte del nuevo estudio, los investigadores realizaron más de 3200 grabaciones de la actividad eléctrica del cerebro mientras los pacientes completaban una serie de experimentos de voz durante los descansos planificados de su cirugía. A todos los pacientes se les insertaron más de 200 sondas en el cerebro para monitorear principalmente cualquier actividad eléctrica relacionada con las convulsiones. Luego, el equipo de investigación utilizó un modelo informático para evaluar y predecir qué regiones estaban activas en la descarga del corolario durante el habla en experimentos de palabras diseñados para rastrear la descarga.

Entre los ejercicios, se pidió a los pacientes que escucharan y luego repitieran una palabra, como «globo», y completaran una oración con la misma palabra al responder la pregunta «¿El niño hizo estallar un…?» y mira la imagen de un globo y descríbelo con la misma palabra.

Cada prueba requirió que el paciente desconectara la palabra que estaba escuchando mientras estaba alerta a su entorno visual y acústico, manteniéndose concentrado y diciendo en voz alta la misma palabra.

Los participantes del estudio eran en su mayoría hombres y mujeres de entre 30 y 40 años y fueron registrados desde 2019 en NYU Langone. Los investigadores registraron la actividad eléctrica dentro de la mayoría de las subregiones del cerebro de los pacientes mientras los pacientes se escuchaban a sí mismos respondiendo a grabaciones de declaraciones leídas en voz alta por otros. Estas pruebas de retroalimentación de audio se han desarrollado para estudiar de forma segura cómo el cerebro humano aprende y procesa el habla.

Flinker dice que el equipo planea realizar pruebas para evaluar más a fondo cómo y si el circuito de descarga corolario está activo inmediatamente antes de las alucinaciones inducidas durante la estimulación cerebral. También tienen planes de trabajar con psiquiatras en medios no invasivos para probar la señal en personas con esquizofrenia.

Además de Khalilian-Gourtani y Flinker, otros investigadores de NYU Langone y NYU Tandon involucrados en el estudio son los coinvestigadores Ran Wang, Xupeng Chen, Leyao Yu, Patricia Dugan, Daniel Friedman, Werner Doyle, Orrin Devinsky y Yao Wang.