Las ondas cerebrales viajeras ayudan a detectar objetos difíciles de ver

Las ondas cerebrales viajeras ayudan a detectar objetos difíciles de ver

Los científicos de Salk descubren patrones de ondas neuronales en el cerebro despierto que ayudan a detectar objetos

LA JOLLA—Imagínese que llega tarde al trabajo y busca desesperadamente las llaves de su auto. Has buscado por toda la casa pero parece que no puedes encontrarlos en ninguna parte. De repente te das cuenta de que tus llaves han estado sentadas frente a ti todo el tiempo. ¿Por qué no los viste hasta ahora?

Ahora, un equipo de científicos del Instituto Salk dirigido por el profesor Juan Reynolds ha descubierto detalles de los mecanismos neuronales que subyacen a la percepción de los objetos. Descubrieron que existen patrones de señales neuronales, llamadas ondas cerebrales viajeras, en el sistema visual del cerebro despierto y están organizados para permitir que el cerebro perciba objetos que son débiles o difíciles de ver. Los hallazgos fueron publicados en Naturaleza en octubre 7, 2020.

“Hemos descubierto que es mucho más probable que se vean objetos tenues si la visualización del objeto está sincronizada con las ondas cerebrales que viajan. Las ondas en realidad facilitan la sensibilidad perceptiva, por lo que hay momentos en los que puedes ver cosas que de otro modo no podrías”, dice Reynolds, autor principal del artículo y titular de la Cátedra Fiona y Sanjay Jha en Neurociencia. “Resulta que estas ondas cerebrales que viajan son un proceso de recopilación de información que conduce a la percepción de un objeto”.

Los científicos han estudiado las ondas cerebrales viajeras durante la anestesia, pero descartaron las ondas como un artefacto de la anestesia. El equipo de Reynolds, sin embargo, se preguntó si estas ondas existen en la parte visual del cerebro mientras está despierto y si juegan un papel en la percepción. Combinaron grabaciones en la corteza visual con técnicas computacionales de vanguardia que les permitieron detectar y rastrear ondas cerebrales viajeras.

"Para comprender los mecanismos neuronales de la percepción, necesitábamos desarrollar nuevas técnicas computacionales para rastrear la actividad neuronal en la corteza visual momento a momento", dice el coautor Lyle Muller, profesor asistente financiado por BrainsCAN en el Departamento de Matemáticas Aplicadas. y el Brain and Mind Institute de Western University en Ontario, Canadá, y anteriormente fue becaria postdoctoral en el laboratorio Sejnowski en Salk. "Luego usamos estos métodos computacionales para descubrir qué cambio estaba ocurriendo en el sistema nervioso para permitir repentinamente el reconocimiento de objetos".

Los científicos registraron la actividad de las neuronas de un área del cerebro que contenía un mapa completo del mundo visual. Luego rastrearon las trayectorias de las ondas cerebrales viajeras durante una tarea de percepción visual. Los científicos sostuvieron un objetivo en pantalla en el umbral de visibilidad, de modo que los observadores solo pudieran detectar el objeto el 50 por ciento del tiempo, y registraron cuándo se detectó el objetivo. Dado que el objetivo no cambiaba, los investigadores razonaron que la capacidad del observador para percibir el objeto solo la mitad del tiempo se debía a algún cambio en las señales neuronales dentro del cerebro.

Descubrieron que la capacidad del cerebro para reconocer objetivos estaba directamente relacionada con cuándo y dónde ocurrían las ondas cerebrales viajeras en el sistema visual: cuando las ondas viajeras se alineaban con el estímulo, el observador podía detectar el objetivo más fácilmente. Estas ondas cerebrales que viajaban, que ocurrían varias veces por segundo, eran similares a un estadio de fanáticos de los deportes que se levantaban y levantaban los brazos sucesivamente, luego los bajaban y volvían a sentarse. Parece que el sistema visual está detectando activamente el entorno externo, según el equipo.

“Hay un nivel espontáneo de actividad en el cerebro que parece estar regulado por estas ondas viajeras”, dice el profesor Salk. terrence sejnowski, autor del artículo y titular de la cátedra Francis Crick. “Creemos que las ondas son el producto de la actividad que se propaga alrededor del cerebro, impulsada por la activación de las neuronas locales”.

“Nos ocupamos de nuestra vida cotidiana pensando que estamos viendo el mundo con precisión, pero, de hecho, nuestros cerebros están llenando detalles que son difíciles de ver”, dice Zac Davis, coautor principal y correspondiente del artículo y un Salk. becario postdoctoral en el laboratorio de Reynolds. “Ahora, hemos descubierto cómo el cerebro entreteje información difícil de ver para percibir un objeto”.

En el futuro, los científicos planean examinar si estas ondas cerebrales están coordinadas en diferentes regiones del cerebro dedicadas a la visión. Los investigadores teorizan que las ondas cerebrales podrían servir como una puerta entre el procesamiento sensorial y la percepción consciente que surge del cerebro como un todo.

Julio-Martinez Trujillo de Western University también fue autor de este artículo.

El trabajo fue apoyado por Dan y Martina Lewis Biophotonics Fellowship; la Fundación Benéfica Gatsby; la Cátedra Fiona y Sanjay Jha en Neurociencia; el Instituto Canadiense de Investigación en Salud; la Fundación Swartz; y los Institutos Nacionales de Salud (R01-EY028723, T32 EY020503-06 y T32 MH020002-16A).

DOI: 10.1038 / s41586-020-2802-y