La naturaleza ‘viajera’ de las ondas cerebrales puede ayudar a la función de la memoria de trabajo

Después de más de un siglo de estudio, la importancia de las ondas cerebrales, la actividad eléctrica rítmica y coordinada de grupos de células cerebrales, aún no se conoce por completo. Un aspecto especialmente subestimado del fenómeno es que las ondas se propagan espacialmente, o «viajan», a través de las regiones del cerebro a lo largo del tiempo. Un nuevo estudio realizado por investigadores del Instituto Picower para el Aprendizaje y la Memoria del MIT midió cómo viajan las ondas en la corteza prefrontal del cerebro durante la memoria de trabajo para investigar las ventajas funcionales que puede producir este movimiento aparente.

«La mayor parte de la literatura de neurociencia implica agrupar electrodos y analizar variaciones de tiempo», como cambios en la potencia a una frecuencia particular, dijo el autor principal Sayak Bhattacharya, becario postdoctoral de Picower en el laboratorio del autor principal y profesor de Picower Earl Miller. «Es importante apreciar que también hay sutilezas espaciales. Las oscilaciones cerebrales se mueven a través de la corteza en forma de ondas viajeras. Estas ondas son similares a las ondas de los estadios donde nada se mueve realmente, pero el encendido y apagado secuencial de los vecinos le da la apariencia de una onda viajera».

En otras palabras, mientras que las neuronas debajo de un electrodo de escucha pueden explotar con actividad a una frecuencia particular, también es cierto que justo antes de que se animaran, las neuronas cercanas en alguna dirección lo habían hecho y muy pronto otras neuronas en el lado opuesto las seguirán. traje. Bhattacharya, Miller y sus coautores realizaron el estudio publicado en PLOS Biología Computacional para aprender lo que eso podría significar para la función cerebral vital de la memoria de trabajo, donde debemos tener en mente nueva información para ponerla en uso. Así es como recordamos las indicaciones para ir al baño que nos acaban de decir, o las ofertas especiales de hoy en el restaurante.

Para hacer esto, abrieron algunos datos antiguos que habían registrado de animales mientras jugaban un simple juego de memoria funcional. Los animales verían una sola imagen en una pantalla y, después de una breve pausa, la verían junto con algunas otras imágenes. Para obtener una pequeña recompensa, tenían que fijar la mirada en la imagen original. Es un juego simple, pero las pequeñas etapas (mirar la nueva imagen, recordarla durante la pausa, reconocerla y mirarla en el grupo) brindan momentos distintos de percepción, memoria y luego ponerlos en uso. Al revisar las grabaciones de electrodos realizadas en los animales durante las sesiones del juego, Bhattacharya pudo analizar si las ondas registradas viajaban en cada momento y cómo.

Lo que encontró fue que había muchas ondas distintas en varias bandas de frecuencia que iban y venían a través de los electrodos en varias direcciones. Cálculos cuidadosos revelaron que las ondas en realidad giraban en patrones circulares alrededor de puntos anatómicos centrales dentro de la corteza prefrontal (nuevamente, como la ola en un estadio de fútbol gira alrededor del campo de juego). Eso es notable porque en otros estudios de ondas viajeras, por lo general, las ondas son planas, lo que significa que simplemente se mueven de un lugar a otro en lugar de dar vueltas como si estuvieran en una pista de carreras.

Además, dijo Miller, las olas cambiaron de dirección de manera particularmente importante. Cuando los animales estaban inactivos, las diferentes direcciones de movimiento (por ejemplo, en el sentido de las agujas del reloj y en el sentido contrario a las agujas del reloj) se mezclaron de manera bastante uniforme, pero en diferentes momentos durante la tarea, las direcciones específicas se volvieron significativamente más prominentes en varias bandas de frecuencia. Esto fue especialmente cierto entre las ondas de frecuencia beta, que se volvieron mucho más uniformes en su dirección solo mientras los animales jugaban el juego. Otras frecuencias se volvieron más ponderadas hacia direcciones particulares durante fases específicas del juego (como cuando se presentó la primera imagen). Estos cambios sugirieron que las direcciones son importantes para la forma en que el cerebro organiza su respuesta a la tarea.

«Las ondas generalmente viajan, pero el cerebro puede cambiar la forma en que las ondas viajan para adaptarse a diferentes funciones cognitivas», dijo Miller.

De hecho, hay varias formas en que la rotación de las ondas viajeras podría ayudar en una tarea como la memoria de trabajo, señaló. Por ejemplo, un requisito clave de la memoria de trabajo es poder mantener la información al frente del pensamiento consciente mientras se necesita. Una onda estacionaria (una en la que todas las neuronas involucradas estuvieran «activadas» o «desactivadas» al unísono) significaría que la información podría no estar disponible cuando la actividad estuviera desactivada en todo el grupo. Con una ola viajera giratoria, siempre hay actividad en algún lugar alrededor del círculo, al igual que en un estadio de fanáticos que hacen «la ola», la siguiente sección se levanta tan pronto como la anterior se sienta.

Para otro ejemplo, las ondas giratorias podrían proporcionar a las neuronas una estimulación recurrente regular con una sincronización precisa, continuó Miller. Eso puede promover el fortalecimiento de las conexiones dentro de estos grupos coordinados a través de un fenómeno llamado plasticidad dependiente del tiempo de pico en el que el tiempo de entrada a una neurona influye en la fuerza con la que se conectará con el compañero que entregó la señal. Los investigadores también especulan que el tiempo también podría ser importante en otra función de la corteza prefrontal: hacer predicciones.

Se necesita más trabajo para saber con certeza cómo las ondas viajeras ayudan a la memoria de trabajo. Bhattacharya dijo que podría surgir una nueva perspectiva al investigar cómo se ven cuando la memoria de trabajo no funciona.

«Esta tarea de memoria de trabajo fue bastante fácil y nuestros animales las hicieron sin muchos errores», dijo. «Queremos estudiar tareas más complicadas, tal vez la memoria de trabajo de varios elementos, y verificar si las ondas viajeras se interrumpen de alguna manera durante las pruebas de error. Esto conduciría a una visión interesante sobre las capacidades computacionales de estas ondas».