Para la comunicación entre áreas del cerebro, los milisegundos importan

Comprender cómo se comunican las áreas del cerebro es una de las preguntas más antiguas de la neurociencia. Investigadores del Sainsbury Wellcome Center en UCL utilizaron técnicas causales para descubrir cómo dos áreas neocorticales en el cerebro se comunican entre sí y descubrieron que su influencia mutua cambia en escalas de tiempo mucho más rápidas de lo que se pensaba anteriormente.

Con alrededor de 80 mil millones de neuronas y 100 billones de conexiones en el cerebro, ha sido un desafío para los neurocientíficos desenredar las redes que dan lugar al comportamiento. En un nuevo estudio, publicado hoy en Neuronalos investigadores de SWC aclaran cómo dos áreas visuales en la corteza cerebral, la corteza visual primaria (V1) y el área lateromedial (LM), se influyen entre sí y cómo esta comunicación cambia en períodos de tiempo rápidos.

«Queríamos estudiar la comunicación entre áreas para comprender cómo las diferentes regiones del cerebro trabajan juntas para procesar los estímulos visuales. A partir de los estudios clásicos, sabemos que existe una jerarquía de áreas visuales con vías de retroalimentación y de avance. El primer nivel de jerarquía en el cerebro la corteza es V1 y el segundo nivel es V2 en primates, cuyo equivalente es LM en ratones», dijo Mitra Javadzadeh, investigadora de SWC y coautora del artículo.

«Nuestra expectativa de las conexiones anatómicas entre V1 y LM es que el efecto de la actividad neuronal en un área sobre otra sería relativamente constante; sin embargo, nos sorprendió descubrir que es dinámico y cambia con el tiempo. Estos cambios pueden ocurrir muy rápidamente, en decenas de milisegundos», dijo Sonja Hofer, líder de grupo en SWC y coautora del artículo.

Históricamente, los científicos han registrado datos de diferentes áreas del cerebro y han usado correlaciones estadísticas para inferir cómo un área influye en otra. En este estudio, Javadzadeh y Hofer adoptaron un enfoque causal mediante el uso de perturbaciones neuronales para estudiar la dinámica de las interacciones entre áreas a lo largo del tiempo.

Los neurocientíficos registraron poblaciones de neuronas en V1 y LM en ratones y utilizaron la optogenética para silenciar brevemente la actividad de un área y cuantificar cómo aumentaba o disminuía la actividad en la otra área. Esto les mostró la contribución de la primera área en la configuración de las tasas de disparo de la segunda área.

Javadzadeh y Hofer midieron estas contribuciones a lo largo del tiempo mientras estas áreas del cerebro procesaban información visual. Sorprendentemente, encontraron que el efecto de manipular un área sobre la actividad en otra variaba con el tiempo en una escala de tiempo rápida. Por ejemplo, una neurona en el área V1 podría disminuir su actividad en respuesta al área LM en un punto de tiempo pero no ser influenciada por la actividad LM 100 milisegundos más tarde. Además, si el estímulo visual era conductualmente relevante para el animal, por ejemplo, si estaba prediciendo la aparición de una recompensa, entonces estos cambios de influencia ocurrían aún más rápido.

La función de estas influencias que cambian rápidamente aún no se conoce, pero los autores plantean la hipótesis de que pueden permitir que las áreas corticales controlen diferentes aspectos del procesamiento en las regiones cerebrales posteriores en las que influyen durante períodos de tiempo muy cortos. Esto significaría que el papel que desempeñan las áreas individuales en la configuración de la actividad de los demás podría ser flexible y adaptarse a las demandas dinámicas del comportamiento.

Además de explorar la función de estas interacciones dinámicas, Javadzadeh y Hofer están trabajando junto con científicos de la Unidad de Neurociencia Computacional Gatsby, ubicada en el mismo edificio que SWC, para comprender los mecanismos por los que se producen.

Proporcionado por Sainsbury Wellcome Center