¿Cómo se transforman las señales sensoriales en bruto en una representación cerebral del mundo que nos rodea? La pregunta se planteó por primera vez hace más de 100 años, pero las nuevas estrategias experimentales hacen que el desafío sea más emocionante que nunca. Los investigadores de SISSA ahora han descubierto las contribuciones a la percepciónde una región cerebral llamada corteza parietal posterior. En dos artículos separados publicados en neurona y Naturaleza , muestran que la corteza parietal posterior contribuye a la fusión de señales de diferentes modalidades sensoriales, así como a la formación de recuerdos sobre la historia de los estímulos recientes.
Durante décadas, los investigadores han estado investigando cómo el sistema nervioso da sentido a las señales introducidas en el cerebro por los órganos sensoriales. Algunos datos básicos son bien conocidos: las células receptoras sensoriales convierten eventos externos, por ejemplo, ondas de luz, vibración de la piel, o ondas de presión de aire - en mensajes eléctricos que ingresan al cerebro. Pero la actividad neuronal no conduce a la experiencia consciente hasta que se pueda elaborar más en la corteza cerebral. Las corrientes continuas de señales sensoriales se transforman a partir de representaciones de elementos básicos, en primariaáreas corticales sensoriales, en combinaciones más complejas de características en áreas de orden superior; los eventos sensoriales se vuelven significativos una vez que se comparan con los recuerdos recientes y distantes, así como con las expectativas. Aunque el esquema descrito anteriormente está respaldado por innumerables estudios, los mecanismos fisiológicos siguen sin resolverse.
En un estudio publicado en la revista neurona , investigadores de la Escuela Internacional de Estudios Avanzados - SISSA investigó cómo se integran las señales que llegan a través de múltiples sentidos. En la vida diaria, una vez que estamos familiarizados con las propiedades sensoriales combinadas de un objeto, podemos reconocer ese objeto un plátano, digamos independientemente de la modalidad por la cual recibimos la señal sensorial: por vista, por textura y forma, por gusto.Nader Nikbakht y sus coautores buscaron los mecanismos por los cuales el conocimiento sobre un objeto se dispara independientemente decanal sensorial activado. Los investigadores entrenaron a las ratas para explorar una rejilla hecha de barras elevadas en blanco y negro. La orientación de la rejilla se restableció al azar en cada prueba de prueba y las ratas aprendieron a acercarse al objeto y responder de manera diferente para dos categorías de orientación: 0 ± 45 grados'horizontal' y 90 ± 45 grados 'vertical'. A la rata se le permitió encontrar el objeto a través de la visión, el tacto o, de lo contrario, la visión y el tacto juntos.
Al comparar la precisión en las tres condiciones, los investigadores descubrieron que el rendimiento logrado en la condición táctil-visual combinada fue mejor que la predicha por la suma de señales individuales: los dos canales sensoriales trabajan juntos de manera eficiente para generar una mejor representación de laMientras las ratas exploraban el objeto, los investigadores también midieron la actividad neuronal en la corteza parietal posterior PPC, una región posicionada entre las áreas corticales sensoriales primarias para el tacto, la visión y la audición. Luego implementaron un modelo matemático para interpretar la informaciónllevado por grandes conjuntos de neuronas. El modelo logró predecir con precisión cómo la rata clasificaría el estímulo en cada ensayo individual. Un análisis final fue particularmente revelador: mientras que las neuronas variaban ampliamente en cómo codificaban la orientación o categoría de los objetos, la respuesta de una neurona dada eraidéntico bajo las tres condiciones de modalidad ". Esto significa que el mensaje de las neuronas era el ose opone, no la modalidad sensorial a través de la cual se exploró el objeto ", señala Mathew Diamond, investigador principal de la investigación.
"Debido a que las señales sensoriales se originan con objetos reales que tienen múltiples atributos físicos, es razonable esperar que los sistemas sensoriales hayan evolucionado para funcionar de alguna manera entrelazada", observa Nikbakht. "En el sistema nervioso de los mamíferos, los circuitos dedicados integran múltiples modalidades por lo tanto, aumentando la calidad de la percepción. Percibir un objeto resulta de fusionar los sentidos individuales, no simplemente sumarlos ". Diamond agrega que" la corteza parietal posterior lleva a cabo un paso en la transformación realizada por la corteza en su conjunto, permitiendo cosas reales enque el mundo que nos rodea sea reconocido independientemente del sistema sensorial que empleamos. La percepción 'supramodal' refleja la construcción de una representación mucho más abstracta que la basada en características simples de objetos ".
En otro estudio, publicado en Naturaleza , Athena Akrami y sus coautores investigaron cómo se forman y mantienen los recuerdos sensoriales recientes. Suponga que ha perdido su teléfono celular. Su tono de llamada, repetido una vez cada dos segundos, lo alerta sobre una llamada entrante: debe estar en algún lugar de la casapero no está seguro de dónde. Al buscarlo de una habitación a otra, almacena en la memoria la amplitud del último anillo para compararlo con el siguiente, de esta manera determina si se ha acercado o alejado. Pero qué tan estable es la memoriadel último anillo? Durante muchos años, los neurocientíficos se han dado cuenta de que a medida que las sensaciones se desvanecen, su memoria cambia hacia el "previo", es decir, la media estadística de muchos estímulos recientes. Se desconocen los mecanismos neuronales que generan el previo. Akrami y compañía-investigadores entrenaron ratas para comparar, en cada ensayo, las amplitudes de dos estímulos auditivos separados por un retraso de varios segundos, una tarea que se asemeja a rastrear el teléfono celular al comparar el tono de llamada actual con el anterior.Los rojos de tales ensayos cada uno con dos estímulos se siguieron en una secuencia.Los datos de comportamiento revelaron que mientras la rata esperaba el segundo estímulo de la prueba, la memoria del primer estímulo se desplazó hacia la media de los estímulos anteriores.
El experimento confirmó así el deslizamiento de la memoria hacia el valor esperado, un fenómeno que estudios anteriores han denominado 'sesgo de contracción'. Pero, ¿cómo aplica el cerebro estadísticas previas al estímulo almacenado en la memoria? Porque se ha argumentado que el PPC esun lugar crítico para la memoria, el estudio de Akrami se centró en esta área: la misma región cerebral examinada por Nikbakht et al. De hecho, la actividad neuronal en PPC reveló un rastro de la historia de estímulos que precedieron al ensayo actual. Akrami y sus colegas silenciaron la actividad enPPC durante la tarea usando optogenética, un método que controla la actividad neuronal a través de la luz. Notablemente, la supresión de PPC mejoró significativamente el rendimiento de las ratas. ¿Por qué? La clave es que la memoria del primer estímulo no se mantuvo aislada, sino que fue influenciada por el precedenteEs decir, el sesgo de contracción redujo la fidelidad de la información sensorial almacenada, arrastrando la memoria hacia lo anterior. En muchas situaciones, el sesgo de contracción ofreceUna gran ventaja: cuando la información disponible no es exacta, la prioridad es en promedio la mejor estimación.Sin embargo, cuando cada evento sensorial es independiente, como en el estudio de Akrami, el sesgo de contracción reduce la precisión de los recuerdos.La eliminación de la influencia de PPC mediante el silenciamiento optogenético permitió a las ratas recordar cada estímulo sin la interferencia de las pruebas anteriores.Los neurocientíficos ahora tienen, por primera vez, una buena indicación del circuito cortical que contiene un registro de señales sensoriales previas.
"En dos estudios separados, pudimos atribuir dos funciones muy diferentes a la misma región cortical, la corteza parietal posterior. Y, en total, se encontraron tres modalidades sensoriales integradas dentro de la PPC. Esto demuestra la adaptabilidad deprocesamiento cortical ", dice Diamond." Las regiones corticales sensoriales primarias reciben señales de los órganos sensoriales y llevan un mensaje confiable sobre el mundo externo. Pero en todas las etapas del procesamiento cortical más allá de este nivel de entrada, las operaciones cambian de un momento a otro según eltarea de comportamiento que todo el organismo necesita realizar. Comprender cómo la corteza identifica las necesidades actuales y se adapta en consecuencia es un enorme desafío para el futuro ".
Ambos estudios fueron esfuerzos de colaboración, la primera publicación se originó de la colaboración dentro de SISSA entre los grupos de investigación liderados por Mathew Diamond y Davide Zoccolan, y la segunda entre SISSA y la Universidad de Princeton. Nader Nikbakht actualmente ocupa un puesto postdoctoral en el Instituto de Tecnología de Massachusetts, donde se trasladó al finalizar sus estudios de doctorado y posdoctorado en SISSA. Athena Akrami actualmente ocupa un puesto posdoctoral en Princeton, después de haber completado su doctorado y estudios posdoctorales en SISSA. Una parte sustancial del trabajo descrito en el Naturaleza el trabajo se realizó en la Universidad de Princeton en el laboratorio de Carlos Brody.
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Materiales proporcionado por Scuola Internazionale Superiore di Studi Avanzati . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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