Prosperando en el trabajo en equipo: una nueva investigación muestra cómo las células cerebrales filtran la información en grupos

Prosperando en el trabajo en equipo: una nueva investigación muestra cómo las células cerebrales filtran la información en grupos

El descubrimiento de Salk podría ayudar a comprender mejor cómo las neuronas trabajan juntas en redes para dar forma a nuestras percepciones del mundo.

LA JOLLA—Cuando percibimos el mundo que nos rodea, ciertos objetos parecen ser más notorios que otros, dependiendo de lo que hagamos. Por ejemplo, cuando vemos una montaña cubierta de bosque desde la distancia, el bosque parece una gran alfombra verde. Pero a medida que nos acercamos, comenzamos a notar los árboles individuales y el bosque se desvanece al fondo. ¿Qué sucede en el cerebro cuando nuestra experiencia cambia tan drásticamente?

Durante décadas, los científicos que estudiaban el sistema visual pensaron que las células cerebrales individuales, llamadas neuronas, operaban como filtros. Algunas neuronas preferirían los detalles toscos de la escena visual e ignorarían los detalles finos, mientras que otras harían lo contrario. Se pensaba que cada neurona hacía su propio filtrado.

Un nuevo estudio dirigido por investigadores del Instituto Salk desafía este punto de vista. El estudio reveló que las mismas neuronas que prefieren detalles toscos podrían cambiar para preferir detalles más finos bajo diferentes condiciones. El trabajo, que apareció en la revista Neurona el 31 de diciembre de 2018, podría ayudar a comprender mejor los mecanismos neuronales que dan forma a nuestras percepciones del mundo.

“Estábamos tratando de mirar debajo del capó y descubrir cómo funcionan estos filtros”, dice el profesor. Tomas Albright, director del Centro de Neurobiología de la Visión de Salk y autor principal del estudio.

"Se pensaba que la selectividad de las neuronas era estable, pero nuestro trabajo ha demostrado que las propiedades de filtrado de las neuronas son mucho más flexibles de lo que se pensaba anteriormente", añade el primer autor del estudio, Ambarish Pawar, investigador postdoctoral en Salk.

El equipo se centró en las neuronas de la corteza visual en un modelo animal. A los animales se les mostraron patrones ópticos en los que los investigadores variaron el contraste entre áreas oscuras y claras y midieron las preferencias de las neuronas por los detalles gruesos y finos. El objetivo era ver cómo las neuronas procesan estos patrones, específicamente en el área temporal media del cerebro dentro de la corteza visual. Los científicos esperaban encontrar que las neuronas estaban estrictamente "sintonizadas" para percibir detalles gruesos o finos, pero no ambos. En cambio, encontraron que una neurona individual podía filtrar tanto detalles finos como gruesos, dependiendo del contraste del patrón.

Al medir las tasas de activación de múltiples neuronas activadas por los estímulos ópticos, los investigadores demostraron que tal flexibilidad era más probable si redes enteras de neuronas actuaban como filtros en lugar de neuronas individuales.

"Nuestros resultados sugieren que la descripción común anterior de las neuronas individuales como filtros era incorrecta", dice Serguéi Gepshtein, científico del Centro de Neurobiología de la Visión de Salk y coautor del nuevo estudio.

“La preferencia de las neuronas puede cambiar debido a un cambio en el equilibrio de las señales positivas (excitatorias) y negativas (inhibitorias) mediante las cuales las neuronas se comunican en la red”, agrega Pawar.

Los investigadores demostraron que trabajar en equipo dota a las redes de neuronas de una gran flexibilidad en sus preferencias, lo que podría adaptar y sintonizar fácilmente el cerebro a las condiciones cambiantes, de la misma manera que podría sintonizar una radio para obtener una buena recepción mientras conduce.

"Hemos descubierto una nueva dimensión de la adaptabilidad de las redes corticales", dice Gepshtein. "Nuestros resultados dejaron claro que para comprender esa adaptabilidad tenemos que repensar cuáles son las unidades informáticas del cerebro. Es el equipo de neuronas conectadas... la red neuronal maleable, que es más adecuada como unidad que como neurona individual”.

“Este hallazgo inesperado podría ayudarnos a arrojar luz sobre los mecanismos neuronales que subyacen a la enorme adaptabilidad del cerebro a un entorno en constante cambio”, dice Pawar.

Albright agrega que, "aunque el estudio se centró en el sistema visual, es probable que esta misma cualidad flexible de las redes neuronales sea válida para otras partes del cerebro".

Ahora que han visto las redes neuronales adaptables en acción, los investigadores planean estudiar cómo los cambios en estas redes afectan el comportamiento.

Sergey Savel'ev de la Universidad de Loughborough también es autor de este artículo.

El trabajo fue financiado por el Instituto Nacional del Ojo del Instituto Nacional de Salud (NEI; R01 EY018613), una subvención básica del NEI para la investigación de la visión (P30 EY019005), la Fundación de la familia GemCon y Conrad T. Prebys.