23 de septiembre de 2009
LA JOLLA, CA—El cerebro nunca permanece inactivo. Ya sea que estemos despiertos o dormidos, veamos la televisión o cerremos los ojos, ondas de señales nerviosas espontáneas recorren nuestro cerebro. Investigadores del Instituto Salk de Estudios Biológicos que estudian la atención visual han descubierto un mecanismo novedoso que explica cómo las señales sensoriales entrantes se hacen escuchar en medio de los constantes ruidos de fondo para que puedan procesarse y transmitirse de manera confiable.
"Vivimos con la ilusión de que nuestro sistema visual procesa toda la información disponible en la escena visual en un solo vistazo", dice John H Reynolds, Ph.D., profesor asociado en el Laboratorio de Neurobiología de Sistemas del Instituto Salk y autor principal del estudio actual. "En realidad, hay demasiados detalles en una escena típica para que el sistema visual los capte todos a la vez. Así que nuestra percepción del mundo que nos rodea está en cierto sentido construida a partir de aquello a lo que prestamos atención".
Los investigadores sabían desde hace algún tiempo que prestar atención a los detalles visuales aumenta la tasa de activación de las neuronas sintonizadas para el estímulo atendido. Hasta ahora, se suponía que estos aumentos en la actividad neuronal dependientes de la atención eran la causa principal de la mejora en la discriminación perceptiva que experimentamos cuando nos enfocamos en un estímulo sensorial.
Los hallazgos de los investigadores de Salk, publicados en la edición del 24 de septiembre de 2009 de la revista Neurona, revelan que el aumento en la tasa de despidos es solo una pequeña parte de la historia. "Lo que encontramos es que la atención también reduce la actividad de fondo", dice el investigador postdoctoral y primer autor Jude Mitchell, Ph.D. "Estimamos que esta reducción de ruido aumenta la fidelidad de la señal neuronal en un factor que es hasta cuatro veces mayor que la mejora causada por los aumentos en la tasa de disparo dependientes de la atención. Esta reducción del ruido puede representar hasta un 80 % de la historia de atención."
Cuando la luz llega a la retina, la información visual se traduce en una cascada de impulsos nerviosos que envían señales a lo profundo del cerebro. Es aquí, en la corteza visual del cerebro, que reside en el lóbulo occipital en la parte posterior del cráneo, donde se interpretan estas señales y dan lugar a la percepción. Pero el sistema visual tiene una capacidad limitada y no puede procesar todo lo que llega a la retina. En cambio, el cerebro depende de la atención para enfocar los detalles de interés y poder seleccionarlos del desorden del fondo.
En su estudio, Reynolds, Mitchell y la ex estudiante de posgrado Kristy Sundberg preguntaron si la atención, que tan eficientemente desconecta las distracciones externas, hace lo mismo con el ruido interno. La atención generalmente aumenta la velocidad de activación de las neuronas receptivas: cuanto más fuerte es el estímulo, más impulsos se envían por segundo, lo que mejora un poco la calidad de la señal. "Es un poco como subir el volumen de muy bajo a alto en un estéreo", dice Reynolds. "No se escucha muy claramente a bajo volumen, no sólo porque la señal es débil sino porque el ruido ambiental enmascara el estímulo. A medida que se aumenta el volumen, la señal se vuelve más clara".
Pero incluso en las condiciones de laboratorio más controladas, las respuestas provocadas por estímulos idénticos repetidos varían de un ensayo a otro. "Las neuronas son dispositivos informáticos muy ruidosos", afirma Mitchell. "Cada neurona recibe información de miles de neuronas y necesita distinguir la información entrante del ruido de fondo".
Si cada neurona produjera un ruido aleatorio que fuera independiente de lo que estuviera haciendo su neurona vecina, la célula cerebral en el extremo receptor podría simplemente agrupar todas las señales entrantes y promediar el ruido. Reynolds lo compara con la diversificación del riesgo en una cartera de acciones: "Si tienes una cartera de acciones cuyos precios varían de forma independiente, puedes reducir las fluctuaciones dividiendo tu inversión entre un gran conjunto de acciones".
Desafortunadamente, para las neuronas esta opción está descartada, ya que gran parte del ruido de fondo del cerebro se origina en ondas de señales nerviosas espontáneas que ondulan a través de grandes poblaciones de células cerebrales. Mitchell dice: "Estas fluctuaciones no se pueden promediar simplemente, ya que se comparten entre toda la población neuronal". Para ampliar la analogía de la inversión, supongamos que invierte su dinero en un conjunto de inversiones inmobiliarias. Su cartera está sujeta a las fluctuaciones del mercado inmobiliario (las fluctuaciones correlacionadas en los valores de las inversiones individuales) sin importar cuán grande sea el conjunto.
Pero sucedió algo interesante cuando los investigadores midieron la actividad de una gran población de neuronas visuales en animales entrenados para jugar un videojuego simple que requería una gran atención a un estímulo visual en la pantalla. Las fluctuaciones internas o el ruido compartido se calmaron, aumentando la visibilidad de la información sensorial entrante.
"La atención es una parte esencial de la percepción", dice Reynolds. "Por lo tanto, los trastornos cerebrales en los que falla la atención tienen efectos devastadores. Conocer los mecanismos neuronales de la atención es esencial si queremos comprender las causas de estos déficits de percepción y encontrar formas de tratarlos. Al revelar un nuevo mecanismo de atención importante, Jude ha "He dado un paso importante hacia la comprensión de los mecanismos neuronales de la conciencia".
Este trabajo fue apoyado en parte por los Institutos Nacionales de Salud y la Fundación Nacional de Ciencias.
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