Los ritmos beta u ondas de actividad cerebral con una frecuencia de aproximadamente 20 Hz, acompañan comportamientos fundamentales vitales como la atención, la sensación y el movimiento y están asociados con algunos trastornos como la enfermedad de Parkinson. Los científicos han debatido cómo emergen las ondas espontáneas, yTodavía no se ha determinado si las ondas son solo un subproducto de la actividad, o si juegan un papel causal en las funciones cerebrales. Ahora, en un nuevo artículo dirigido por neurocientíficos de la Universidad de Brown, tienen una nueva explicación mecanicista específica de las ondas beta a tener en cuenta.
La nueva teoría, presentada en el Actas de la Academia Nacional de Ciencias , es el producto de varias líneas de evidencia: lecturas externas de ondas cerebrales de sujetos humanos, simulaciones computacionales sofisticadas y grabaciones eléctricas detalladas de dos organismos modelo de mamíferos.
"Un primer paso para comprender el papel causal de la beta en el comportamiento o la patología, y cómo manipularlo para una función óptima, es comprender de dónde proviene a nivel celular y de circuito", dijo la autora correspondiente Stephanie Jones, profesora asociada de investigación deneurociencia en la Universidad de Brown. "Nuestro estudio combinó varias técnicas para abordar esta cuestión y propuso un mecanismo novedoso para la beta neocortical espontánea. Este descubrimiento sugiere varios mecanismos posibles a través de los cuales la beta puede afectar la función".
haciendo olas
El equipo comenzó utilizando sensores de magnetoencefalografía externa MEG para observar ondas beta en la corteza somatosensorial humana, que procesa el sentido del tacto, y la corteza frontal inferior, que se asocia con una cognición más alta.
Analizaron de cerca las ondas beta, descubriendo que duraban como máximo 150 milisegundos y tenían una forma de onda característica, con un valle grande y empinado en el medio de la ola.
La pregunta a partir de ahí fue qué actividad neuronal en la corteza podría producir tales ondas. El equipo buscó recrear las ondas utilizando un modelo de computadora de un circuito cortical, compuesto por una columna cortical multicapa que contenía múltiples tipos de células en diferentes capas.Es importante destacar que el modelo fue diseñado para incluir un tipo de célula llamada neuronas piramidales, cuya actividad se cree que domina las grabaciones MEG humanas.
Descubrieron que podían replicar estrechamente la forma de las ondas beta en el modelo mediante la entrega de dos tipos de estimulación sináptica excitadora a capas distintas en las columnas corticales de las células: una que era débil y de larga duración en las capas inferiores, contactandodendritas espinosas en las neuronas piramidales cercanas al cuerpo celular, y otra que era más fuerte y más breve, con una duración de 50 milisegundos es decir, un período beta, hasta las capas superiores, contactando las dendritas más lejos del cuerpo celular.el valle en la forma de onda que determinó la frecuencia beta.
Mientras tanto, intentaron modelar otras hipótesis sobre cómo emergen las ondas beta, pero encontraron que no tuvieron éxito.
Con un modelo de qué buscar, el equipo luego lo probó buscando un correlato biológico real en dos modelos animales. El equipo analizó mediciones en la corteza de ratones y macacos rhesus y encontró confirmación directa de que este tipo dela estimulación y la respuesta ocurrieron a través de las capas corticales en los modelos animales.
"La prueba final de las predicciones del modelo es registrar las señales eléctricas dentro del cerebro", dijo Jones. "Estas grabaciones respaldaron nuestras predicciones del modelo".
Beta en el cerebro
Ni los modelos de computadora ni las mediciones rastrearon la fuente de las estimulaciones sinápticas excitadoras que impulsan a las neuronas piramidales a producir las ondas beta, pero Jones y sus coautores afirman que probablemente provengan del tálamo, más profundo en el cerebro.del tálamo se encuentran exactamente en los lugares correctos necesarios para enviar señales a las posiciones correctas en las dendritas de las neuronas piramidales en la corteza. También se sabe que el tálamo emite explosiones de actividad que duran 50 milisegundos, como lo predice su teoría.
Con una nueva teoría biofísica de cómo emergen las ondas, los investigadores esperan que el campo ahora pueda investigar si los ritmos beta afectan o simplemente reflejan el comportamiento y la enfermedad. El equipo de Jones, en colaboración con el profesor de neurociencia Christopher Moore en Brown, ahora está probando predicciones delLa teoría de que la beta puede disminuir las funciones de procesamiento de información sensorial o motora en el cerebro. Nuevas hipótesis son que las entradas que crean beta también pueden estimular las neuronas inhibidoras en las capas superiores de la corteza, o que pueden saturar la actividad de las neuronas piramidales,reduciendo así su capacidad de procesar información; o que las explosiones talámicas que dan lugar a beta ocupan el tálamo hasta el punto en que no pasa información a la corteza.
Descubrir esto podría conducir a nuevas terapias basadas en la manipulación de beta, dijo Jones.
"Un campo activo y creciente de investigación en neurociencia está tratando de manipular los ritmos cerebrales para una función óptima con técnicas de estimulación", dijo. "Esperamos que nuestro novedoso hallazgo sobre el origen neuronal de la beta ayudará a guiar la investigación para manipular la beta, yposiblemente otros ritmos, para mejorar la función en patologías sensoriomotoras ".
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Brown . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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