5 de Julio de 2007
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La Jolla, CA – Todos los niños saben que las mamás tienen “ojos en la nuca”. Somos expertos en fijar nuestra mirada en un objeto mientras dirigimos la atención de forma independiente a otros. Los neurobiólogos del Instituto Salk están comenzando a desmenuzar las complejas redes cerebrales que permiten a los humanos y otros mamíferos superiores lograr esta hazaña.
En un estudio publicado en la edición del 5 de julio de 2007 de Neuron, los investigadores informan sobre dos clases de células cerebrales con distintas funciones en la atención visual y destacan al menos dos mecanismos mediante los cuales estas células median la atención. “Este estudio representa un gran avance en nuestra comprensión de la cognición visual, porque es el primer estudio de atención para distinguir entre diferentes clases de neuronas”, dice el neurobiólogo del sistema. John Reynolds, Ph. D., profesor asociado en el Laboratorio de Neurobiología de Sistemas del Instituto Salk.
En los experimentos, los animales aprendieron a jugar un videojuego sofisticado, que desafió sus habilidades visuales para enfocar la atención. Durante el juego, los investigadores de Salk registraron la actividad eléctrica de las neuronas individuales en parte de la corteza visual que se ha implicado en la mediación de la atención visual. (Por favor vea el video)
Tarea de atención. Cada ronda del juego comenzaba cuando los ojos fijaban un punto blanco rodeado por cuatro estímulos circulares rayados en una pantalla de video. Una cámara siguió y registró la posición de la pupila durante toda la sesión, lo que permitió a los investigadores rastrear la posición de los ojos, que se indica con una pequeña cruz roja. Dos de los estímulos rayados destellaron momentáneamente, marcándolos como objetivos que deberían ser atendidos, mientras continuaban mirando el punto central. El círculo muestra la ubicación del campo receptivo de la neurona en estudio el día en que se registró esta demostración. Después de que los estímulos rayados se movieron a nuevas posiciones en la pantalla, los animales demostraron que habían rastreado los objetivos y conocían sus ubicaciones haciendo contacto visual con los que se les pidió que rastrearan.
En la última parte de la demostración, se ilustran las respuestas neuronales de rondas individuales del juego. Las marcas de verificación indican cuándo la neurona emitió potenciales de acción individuales. Los investigadores compararon las respuestas neuronales cuando se rastreaba el estímulo en el campo receptivo (marcas rojas) o se ignoraba (marcas azules). El efecto de la atención difería notablemente entre los dos tipos diferentes de neuronas.
Como se ilustra en la demostración, las neuronas responden cuando aparece un estímulo dentro de una ventana (indicada por el círculo) que cubre una pequeña parte del campo visual que ve el ojo. Esta ventana se conoce como el “campo receptivo” de la neurona. Cada vez que los estímulos entraban en el campo receptivo de la neurona, la célula producía una andanada de picos eléctricos, conocidos como "potenciales de acción", indicados por marcas verticales en la demostración.
En algunos ensayos, la atención se dirigió al estímulo que entró en el campo receptivo de la neurona, mientras que en otros ensayos la atención se dirigió en cambio a los otros estímulos. Los investigadores registraron casi 200 neuronas diferentes y examinaron cómo cambiaba la respuesta de cada neurona cuando se dirigía la atención al estímulo en su campo receptivo.
Descubrieron que las neuronas generalmente respondían con más fuerza cuando la atención se dirigía al estímulo en sus campos receptivos. Sin embargo, tras una inspección más cercana, los investigadores notaron que diferentes neuronas producían picos eléctricos de diferentes formas: "picos anchos" y "picos estrechos". Otros investigadores habían identificado previamente dos tipos diferentes de neuronas que producen estas dos formas de onda. El tipo de neurona más común, llamado célula piramidal, produce picos anchos. Estas neuronas transmiten señales entre diferentes áreas del cerebro. La otra clase, las interneuronas de espiga rápida evocan espigas estrechas. Estas neuronas solo se conectan a sus neuronas vecinas locales y están involucradas en los cálculos locales.
Después de clasificar las neuronas por forma de onda, los investigadores observaron que la atención tenía efectos diferentes en los dos tipos diferentes de neuronas. Las celdas de picos angostos generalmente se disparaban con más frecuencia cuando el objeto rastreado estaba atendido que cuando estaba desatendido. Las células de punta ancha, por otro lado, estaban menos influenciadas por la atención. Algunos dispararon más rápido, mientras que otros dispararon más lentamente cuando la atención se dirigió al estímulo en el campo receptivo. Además, la atención hizo que la corriente de picos producidos por las neuronas de pico estrecho fuera mucho más fiable.
"Al distinguir entre los diferentes elementos neuronales que componen el circuito cortical, estamos obteniendo una visión de los fundamentos biológicos de la atención que no tiene precedentes en su nivel de detalle", dice el investigador postdoctoral Jude Mitchell, Ph.D., líder autor sobre el estudio. Agrega que, si bien queda mucho más trabajo por delante, "si podemos entender cómo actúa la atención en diferentes clases de células, esto mejorará significativamente nuestra comprensión de la patología de las enfermedades neurológicas en las que la atención se ve afectada".
Kristy A. Sundberg, estudiante de posgrado, también participó en el estudio.
El Instituto Salk de Estudios Biológicos en La Jolla, California, es una organización independiente sin fines de lucro dedicada a los descubrimientos fundamentales en las ciencias de la vida, la mejora de la salud humana y la capacitación de futuras generaciones de investigadores. Jonas Salk, MD, cuya vacuna contra la poliomielitis casi erradicó la poliomielitis, una enfermedad paralizante en 1955, inauguró el Instituto en 1965 con un terreno donado por la ciudad de San Diego y el apoyo financiero de March of Dimes.
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