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en toda la corteza cerebral Las neuronas están dispuestas en seis capas diferentes. que se puede ver fácilmente con un microscopio Un equipo de neurocientíficos del MIT y la Universidad de Vanderbilt descubrió que estas capas también muestran diferentes patrones de actividad eléctrica. Esto es consistente en muchas regiones del cerebro. partes y en muchos tipos de animales. incluyendo humanos
Los investigadores encontraron que en la capa superior La actividad neuronal está dominada por oscilaciones rápidas llamadas ondas gamma. en capas más profundas Predominan las oscilaciones más lentas llamadas ondas alfa y beta. La universalidad de estos patrones sugiere que estas oscilaciones probablemente desempeñen un papel importante en el cerebro. Los investigadores dicen
“Cuando ves algo que es consistente y está extendido por toda la corteza, Desempeña un papel muy fundamental en lo que hace la corteza”, dijo Earl Miller, profesor Picower de Neurociencia, miembro del Instituto Picower para el Aprendizaje y la Memoria del MIT y uno de los Autor principal del nuevo estudio
Los desequilibrios en la forma en que interactúan estas fluctuaciones pueden estar relacionados con trastornos cerebrales como el trastorno por déficit de atención con hiperactividad, dijeron los investigadores.
“Se sabe que la actividad neuronal sincrónica excesiva desempeña un papel en la epilepsia. Y ahora sospechamos que diferentes enfermedades de sincronización pueden ser responsables de muchos trastornos cerebrales. incluidos trastornos de la percepción, la atención, la memoria y el control motor. En una orquesta, un instrumento tocado fuera de sincronización con el resto puede alterar la cohesión de toda la pieza», dijo Robert Desimone, director del Instituto McGovern para la Investigación del Cerebro del MIT y uno de los autores principales del estudio.
André Bastos, profesor asistente de psicología en la Universidad de Vanderbilt, también es el autor principal del informe de acceso abierto, que aparece hoy en neurociencia naturalLos autores principales del artículo incluyen al científico investigador del MIT Diego Mendoza-Halliday y al postdoctorado del MIT Alex Major.
Capas de actividad
El cerebro humano está formado por miles de millones de células nerviosas. Cada neurona tiene su propio patrón de activación eléctrica. Grupos de neuronas que comparten patrones similares crean oscilaciones de actividad eléctrica u ondas cerebrales. Pueden tener diferentes frecuencias. El laboratorio de Miller ha demostrado previamente que los ritmos gamma de alta frecuencia están involucrados en la codificación y recuperación de información sensorial. mientras que los ritmos beta de baja frecuencia actúan como un mecanismo de control que determina qué información se lee en la memoria de trabajo.
Su laboratorio también encontró que en algunas partes de la corteza prefrontal, Las diferentes capas del cerebro muestran diferentes patrones de oscilación: oscilaciones más rápidas en la superficie; y vibraciones más lentas en las capas más profundas Un estudio dirigido por Bastos cuando era postdoctorado en el laboratorio de Miller demostró que mientras los animales realizan tareas de memoria, Los ritmos de baja frecuencia creados en las capas más profundas anulan los ritmos gamma de alta frecuencia creados en las capas superficiales.
Además de la memoria de trabajo La corteza cerebral es también el lugar del pensamiento, la planificación y el procesamiento de información emocional y sensorial de orden superior. en toda la región involucrados en estas funciones. Las neuronas están dispuestas en seis capas. Y cada capa tiene una combinación diferente de tipos de células y conexiones con otras áreas del cerebro. que son diferentes
“Las meninges están organizadas anatómicamente en seis capas, ya sea que estés mirando un ratón, un humano o cualquier otro mamífero. Y este patrón aparece en toda la corteza cerebral dentro de las especies», dijo Mendoza-Halliday. «Desafortunadamente, muchos estudios sobre la función cerebral han descuidado esas capas. Porque cuando registras la actividad neuronal Es difícil entender dónde se encuentran en el contexto de esas capas”.
En el nuevo informe Los investigadores querían explorar si el patrón de oscilación en capas que vieron en la corteza prefrontal estaba más extendido. que ocurre en varias partes de la corteza cerebral y entre especies
Utilizando datos obtenidos en el laboratorio de Miller, el laboratorio de Desimone y colaboradores en Vanderbilt, el Instituto Holandés de Neurociencia, y la Universidad de Western Ontario, los investigadores pudieron analizar 14 áreas diferentes de la corteza. de cuatro especies de mamíferos. Estos datos incluyen registros de la actividad eléctrica de tres pacientes humanos a quienes se les insertaron electrodos en el cerebro como parte de un procedimiento quirúrgico al que se estaban sometiendo.
Los registros de capas cerebrales individuales han sido difíciles en el pasado. Esto se debe a que cada capa tiene menos de un milímetro de espesor. Por lo tanto, es difícil saber desde qué capa están grabando los electrodos. Para este estudio La actividad eléctrica se registra mediante electrodos especiales que registran todas las capas simultáneamente. Luego, los datos se introducen en un nuevo algoritmo computacional diseñado por los autores, llamado FLIP (algoritmo de identificación de capas basado en frecuencia), que puede determinar de qué capa proviene cada señal.
“La última tecnología permite registrar todas las capas de la corteza simultáneamente. Esto proporciona una visión más amplia del microcircuito y nos permite observar este patrón en capas», dijo Major. «Este trabajo es apasionante porque es informativo sobre el patrón básico del microcircuito y proporciona una nueva técnica». No importa si el cerebro está trabajando o descansando. Y se puede observar en sólo cinco a diez segundos”.
en cada especie estudiada Los investigadores encontraron el mismo patrón de actividad en capas en todas las especies.
“Analizamos una gran cantidad de todos los datos para ver si podíamos encontrar el mismo patrón en todas las áreas de la corteza cerebral. Y por supuesto, está en todas partes. Ésa es una indicación real de que lo que se vio antes en esas dos áreas es representativo de los mecanismos subyacentes de la corteza”, dijo Mendoza-Halliday.
manteniendo el equilibrio
Estos hallazgos respaldan un modelo propuesto previamente por el laboratorio de Miller. Se propone que la organización espacial del cerebro le ayuda a integrar nueva información generada por oscilaciones de alta frecuencia. en recuerdos y procesos cerebrales existentes que se mantiene mediante vibraciones de baja frecuencia. Cuando la información se transmite de una capa a otra La información se puede combinar según sea necesario para ayudar al cerebro a realizar una tarea específica, como hornear una nueva receta de galletas. o recordar números de teléfono
“Las consecuencias de esta suave separación de frecuencias Como notamos Esto puede deberse a que la capa superficial expresa información sensorial externa a una frecuencia más rápida. y para capas más profundas que representan estados perceptivos internos en frecuencias más lentas», dijo Bastos. «La implicación de alto nivel es que la corteza tiene múltiples mecanismos que involucran tanto la anatomía como las oscilaciones para separar la información ‘externa’ de la ‘interior'».
Bajo esta teoría Un desequilibrio entre las oscilaciones de alta y baja frecuencia puede provocar déficits de atención como el TDAH, cuando dominan las altas frecuencias y la información sensorial se vuelve abrumadora. o trastornos alucinatorios, como la esquizofrenia, cuando las vibraciones de baja frecuencia son excesivas. Entrará información sensorial fuerte e insuficiente.
«El equilibrio adecuado entre las señales de control de arriba hacia abajo y las señales sensoriales de abajo hacia arriba es esencial para todo lo que hace la corteza», dijo Miller. “Cuando el equilibrio es anormal Desarrollas una variedad de trastornos neuropsiquiátricos”.
Los investigadores ahora están explorando si medir estas vibraciones puede ayudar a diagnosticar este tipo de trastorno. Están investigando si alterar el equilibrio de oscilación puede cambiar el comportamiento. Es un enfoque que algún día podría usarse para tratar el TDAH u otros trastornos neurológicos. Los investigadores dicen
Los investigadores también esperan colaborar con otros laboratorios. Identificar las características de diferentes patrones de vibración estratificados. con más detalle en diferentes partes del cerebro
“Nuestra esperanza es con informes estándar adecuados Comenzaremos a ver patrones generales de actividad en diferentes áreas o funciones. Esto puede revelar un mecanismo general de cálculo que se puede utilizar para la salida del motor. para la visión Para la memoria y la atención, etc.”, dijo Mendoza-Halliday.
La investigación fue financiada por la Oficina de Investigación Naval de EE. UU., los Institutos Nacionales de Salud de EE. UU., el Instituto Nacional del Ojo de EE. UU., el Instituto Nacional de Salud Mental de EE. UU., el Instituto Picower y el Consorcio Postdoctoral del Centro Simons para el Cerebro Social. e instituciones canadienses Beca postdoctoral del Instituto de Salud
