Nuestros cerebros usan varios marcos de referencia, también conocidos como sistemas de coordenadas, para representar el movimiento de los objetos en una escena.
Algunos sistemas de coordenadas son más útiles que otros para representar información. Para representar una ubicación en la Tierra, por ejemplo, podríamos usar un sistema de coordenadas centrado en la Tierra, como la latitud y la longitud. En dicho sistema de coordenadas centrado en la Tierra, una ubicación- como su hogar - es constante en el tiempo. Pero también podría representar el lugar donde vive como una ubicación relativa al sol utilizando un sistema de coordenadas centrado en el sol. Este sistema claramente no sería útil para las personas que intentan encontrar dóndevives, ya que tu dirección en coordenadas centradas en el sol cambiaría continuamente a medida que la Tierra gira en relación con el sol.
El cerebro humano enfrenta el mismo problema de representar información con sistemas de coordenadas apropiados y transferir entre sistemas de coordenadas para guiar sus acciones. Esto se debe en parte a que la información sensorial se codifica en diferentes marcos de referencia: la información visual se codifica inicialmente en relación con el ojo con el ojocentradas en el centro, la información auditiva se codifica inicialmente en relación con la cabeza con coordenadas centradas en la cabeza, y así sucesivamente. Debe producirse un conjunto interesante de cálculos en el cerebro para que estas señales sensoriales se combinen para permitir que una persona perciba un todoescena.
¿Pero cómo representan las neuronas los objetos en diferentes marcos de referencia mientras te mueves por un entorno?
en un artículo publicado en la revista Neurociencia de la naturaleza , investigadores de la Universidad de Rochester, incluido Greg DeAngelis, profesor de cerebro y ciencias cognitivas, examinaron cómo las neuronas en el cerebro representan el movimiento de un objeto mientras el observador también se mueve.
Específicamente, los investigadores estudiaron cómo los observadores juzgan el movimiento de un objeto en relación con la cabeza del observador o en relación con el mundo.
Sus hallazgos, que las neuronas en una región específica del cerebro son más flexibles para cambiar entre los marcos de referencia, ofrecen información importante sobre el funcionamiento interno del cerebro y podrían usarse potencialmente en prótesis neurales y terapias para tratar trastornos cerebrales.
¿LAS NEURONAS ESTÁN FIJAS O FLEXIBLES?
Imagina que estás jugando fútbol. Si estás corriendo y quieres lanzar la pelota, necesitarías calcular la trayectoria del movimiento de la pelota en relación con tu cabeza para que puedas hacer contacto entre tu cabeza y la pelota. Una cabezapor lo tanto, sería útil un sistema de coordenadas centrado en el centro. Alternativamente, si está corriendo y observando a su compañero patear la pelota hacia la meta, necesitaría calcular la trayectoria de la pelota en relación con la meta para determinar si su compañero anotó o no.requeriría un sistema de coordenadas centrado en el mundo ya que el objetivo se fija en relación con el mundo.
"Dependiendo de la tarea que se realice, el cerebro necesita representar el movimiento del objeto en diferentes sistemas de coordenadas para tener éxito", dice DeAngelis. "La gran pregunta es: ¿cómo hace esto el cerebro?"
Los investigadores querían determinar si el cerebro tiene que cambiar entre diferentes neuronas que tienen un marco de referencia fijo diferente, por ejemplo, cambiar entre neuronas centradas en la cabeza y neuronas centradas en el mundo, o si las neuronas son flexibles y actualizansus marcos de referencia de acuerdo con las demandas instantáneas de la tarea de representar el movimiento del objeto.
Los investigadores entrenaron a los sujetos para juzgar el movimiento del objeto en coordenadas centradas en la cabeza o en el mundo y para cambiar de un juicio a otro en función de una señal.
Los investigadores registraron señales de neuronas en dos áreas diferentes del cerebro y descubrieron que las neuronas en el área ventral intraparietal VIP del cerebro tienen una propiedad notable: sus respuestas al movimiento del objeto cambian según la tarea.
Es decir, las neuronas no tienen marcos de referencia fijos, sino que se adaptan de manera flexible a las demandas de la tarea y cambian sus marcos de referencia en consecuencia.
Las neuronas en VIP representarán el movimiento del objeto en coordenadas centradas en la cabeza cuando los sujetos deben informar el movimiento del objeto en relación con su cabeza. Representan el movimiento del objeto en coordenadas centradas en el mundo cuando el sujeto debía informar el movimiento del objeto en relación con el mundo.
Debido a que las neuronas tienen respuestas tan flexibles, esto significa que el cerebro puede simplificar enormemente el proceso de transmitir la información que necesita para guiar las acciones.
"Este es el primer estudio que muestra que las neuronas pueden representar de manera flexible la información espacial, como el movimiento de objetos, en diferentes sistemas de coordenadas basados en las instrucciones dadas al sujeto", dice DeAngelis. "Esto significa que el cerebro puede decodificar, o"leer": información de esta población única de neuronas y poder tener la información que necesita para cualquier situación de tarea ".
El área VIP se encuentra en el lóbulo parietal del cerebro y recibe información de los sentidos visual, auditivo y vestibular oído interno. Este es el primer estudio que analiza marcos de referencia flexibles, por lo que el área VIP es la única árease sabe que tiene esta propiedad. Sin embargo, los investigadores sospechan que las neuronas en otras áreas del cerebro también pueden tener esta propiedad.
APLICACIONES PARA PRÓTESIS NEURAL Y TRASTORNOS CEREBRALES
La investigación ofrece información importante sobre el funcionamiento interno del cerebro y podría usarse para aplicaciones como prótesis neuronales, en las que la actividad cerebral se usa para controlar extremidades o vehículos artificiales.
"Para hacer una prótesis neural efectiva, desea recopilar señales de las áreas del cerebro que serían más útiles y flexibles para realizar tareas básicas", dice DeAngelis. "Si esas tareas implican interceptar objetos en movimiento, por ejemplo, luego aprovecharlas señales de VIP podrían ser una forma de hacer que una prótesis funcione de manera eficiente para una variedad de tareas que implicarían juzgar el movimiento en relación con la cabeza o el mundo ".
Aunque esta investigación no está conectada actualmente a un trastorno cerebral específico, los investigadores han descubierto previamente que la capacidad de los humanos de captar información sensorial e inferir qué eventos en el mundo causaron esa entrada sensorial, una capacidad conocida como inferencia causalalterado en trastornos como el autismo y la esquizofrenia.
"En el trabajo en curso y futuro, estamos estudiando los mecanismos neuronales de este proceso de inferencia causal con más detalle, utilizando tareas relacionadas que involucran interacciones entre el movimiento del objeto y el movimiento propio", dice DeAngelis.
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Materiales proporcionado por Universidad de Rochester . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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