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Investigadores del Centro Sainsbury Wellcome han logrado identificar cómo el córtex visual primario y el área lateromedial del córtex cerebral se influyen mutuamente, y cómo esta comunicación cambia a lo largo de rápidos lapsos de tiempo.
Entender cómo se comunican las áreas del cerebro es una de las cuestiones más antiguas de la neurociencia. Los investigadores del Centro Sainsbury Wellcome del University College London (UCL) utilizaron técnicas causales para descubrir cómo se comunican entre sí dos áreas neocorticales del cerebro y descubrieron que su influencia mutua cambia en escalas de tiempo mucho más rápidas de lo que se pensaba.
Con cerca de 80.000 millones de neuronas y 100 billones de conexiones en el cerebro, los neurocientíficos han tenido dificultades para desentrañar las redes que dan lugar al comportamiento.
En un nuevo estudio, publicado el pasado 10 de junio en Neuron, los investigadores de la SWC explican cómo dos áreas visuales del córtex cerebral, el córtex visual primario (V1) y el área lateromedial (LM), se influyen mutuamente y cómo cambia esta comunicación a lo largo de rápidos intervalos de tiempo.
«Queríamos estudiar la comunicación entre las áreas para entender cómo las diferentes regiones del cerebro trabajan juntas para procesar los estímulos visuales. Gracias a los estudios clásicos, sabemos que existe una jerarquía de áreas visuales con vías de alimentación y retroalimentación. El primer nivel de la jerarquía en la corteza cerebral es V1 y el segundo nivel es V2 en los primates, cuyo equivalente es LM en los ratones», explica Mitra Javadzadeh, investigadora del SWC y coautora del trabajo.
«Nuestra expectativa a partir de las conexiones anatómicas entre V1 y LM es que el efecto de la actividad neuronal en un área sobre otra sería relativamente constante; sin embargo, nos sorprendió descubrir que es dinámico y cambia con el tiempo. Estos cambios pueden producirse muy rápidamente, en decenas de milisegundos», afirma Sonja Hofer, jefa de grupo del SWC y coautora del trabajo.
Históricamente, los científicos han realizado grabaciones de diferentes áreas cerebrales y han utilizado correlaciones estadísticas para inferir cómo un área influye en otra. En este estudio, Javadzadeh y Hofer adoptaron, en cambio, un enfoque causal utilizando perturbaciones neuronales para estudiar la dinámica de las interacciones entre áreas a lo largo del tiempo.
Los neurocientíficos registraron poblaciones de neuronas en V1 y LM en ratones y utilizaron la optogenética para silenciar brevemente la actividad de un área y cuantificar cómo aumentaba o disminuía la actividad en la otra área. Esto les mostró la contribución de la primera área en la configuración de las tasas de disparo de la segunda área.
Javadzadeh y Hofer midieron estas contribuciones a lo largo del tiempo mientras estas áreas del cerebro procesaban información visual.
Sorprendentemente, descubrieron que el efecto de la manipulación de un área en la actividad de otra variaba con el tiempo en una escala temporal rápida. Por ejemplo, una neurona del área V1 podía disminuir su actividad en respuesta al área LM en un momento dado, pero no ser influenciada por la actividad del LM 100 milisegundos después.
Además, si el estímulo visual era relevante para el animal desde el punto de vista del comportamiento, por ejemplo, si predecía la aparición de una recompensa, estos cambios de influencia se producían aún más rápidamente.
Todavía no se conoce la función de estas influencias que cambian rápidamente, pero los autores plantean la hipótesis de que pueden permitir que las áreas corticales controlen diferentes aspectos del procesamiento en las regiones cerebrales posteriores sobre las que influyen en lapsos de tiempo muy cortos. Esto significaría que el papel que desempeñan las áreas individuales en la conformación de la actividad de las demás podría ser flexible y adaptarse a las demandas dinámicas del comportamiento.
Además de explorar la función de estas interacciones dinámicas, Javadzadeh y Hofer colaboran con científicos de la Unidad de Neurociencia Computacional Gatsby, situada en el mismo edificio que el SWC, para comprender los mecanismos por los que se producen.
Sobre esta noticia de investigación en neurociencia:
Fuentes:
Centro Sainsbury Wellcome
Imagen: La imagen se atribuye al Sainsbury Wellcome Center
