Cuando estamos sumidos en un profundo sueño, la actividad de nuestro cerebro aumenta y fluye en ondas grandes y obvias, como ver una marea de cuerpos humanos levantarse y sentarse alrededor de un estadio deportivo. Es difícil pasar por alto.

Una nueva investigación con monos encuentra que esos mismos ciclos existen en la estela como en el sueño, pero con solo pequeñas secciones sentadas y paradas al unísono en lugar de todo el estadio. Es como si diminutas porciones del cerebro se durmieran independientemente y volvieran a despertar todo el tiempo.

Lo que es más, parece que cuando las neuronas han pasado al estado más activo o "encendido", son mejores para responder al mundo. Las neuronas también pasan más tiempo en estado activo cuando prestan atención a una tarea. Este hallazgo sugiere que los procesos que regulan la actividad cerebral durante el sueño también pueden desempeñar un papel en la atención.

"La atención selectiva es similar a hacer que las partes pequeñas de su cerebro estén un poco más despiertas", dice Tatiana Engel, becaria postdoctoral en la Universidad de Stanford y coautora principal de la investigación, que aparece en Ciencia:. El otro estudiante graduado Nicholas Steinmetz fue el otro co-autor principal, que llevó a cabo los experimentos de neurofisiología en el laboratorio de Tirin Moore, profesor de neurobiología y uno de los autores principales.

Pins y neuronas

Comprender estos ciclos recién descubiertos requiere saber un poco sobre cómo se organiza el cerebro. Si metieras un alfiler directamente en el cerebro, todas las células cerebrales que golpearías responderían al mismo tipo de cosas. En una columna, todos podrían estar respondiendo a los objetos en una parte particular del campo visual, la parte superior derecha, por ejemplo.

El equipo usó lo que equivale a conjuntos de pines muy sensibles que pueden registrar actividad de una columna de neuronas en el cerebro. En el pasado, las personas sabían que las neuronas individuales pasan por fases de ser más o menos activas, pero con esta sonda vieron por primera vez que todas las neuronas en una columna dada se activaban entre disparar muy rápidamente y luego disparar a un ritmo mucho más lento. tasa, similar a los ciclos coordinados en el sueño.

"Durante un estado de encendido, las neuronas comienzan a disparar rápidamente", dice Kwabena Boahen, profesor de bioingeniería e ingeniería eléctrica y autor principal del artículo. "Entonces, de repente, cambian a una baja tasa de disparos". Este encendido y apagado está sucediendo todo el tiempo, como si las neuronas estuvieran lanzando una moneda para decidir si van a estar encendidas o apagadas ".

Esos ciclos, que ocurren en el orden de segundos o fracciones de segundos, no eran tan visibles cuando estaban despiertos porque la onda no se propaga mucho más allá de esa columna, a diferencia del sueño cuando la onda se extiende por casi todo el cerebro y es fácil detectar.

Prestar atención

El equipo descubrió que los estados de actividad superior e inferior se relacionan con la capacidad de responder al mundo. El grupo tuvo su sonda en una región del cerebro en monos que detecta específicamente una parte del mundo visual. Los monos habían sido entrenados para prestar atención a una señal que indica que algo en una parte particular del campo visual, la parte superior derecha, por ejemplo, o la parte inferior izquierda, estaba a punto de cambiar ligeramente. Luego los monos recibieron una golosina si identificaban correctamente que habían visto ese cambio.

Cuando el equipo dio una indicación de dónde podría ocurrir un cambio, las neuronas dentro de la columna que detecta esa parte del mundo comenzaron a pasar más tiempo en el estado activo. En esencia, todos continuaron cambiando de estado al unísono, pero pasaron más tiempo en estado activo si prestaban atención. Si el cambio de estímulo se produjo cuando las células estaban en un estado más activo, el mono también tenía más probabilidades de identificar correctamente el cambio.

"El mono es muy bueno para detectar cambios en los estímulos cuando las neuronas de esa columna están en estado activado pero no en estado desactivado", dice Engel. Incluso cuando el mono sabía que debía prestar atención a un área particular, si las neuronas pasaban a un estado de actividad más bajo, el mono frecuentemente pasaba por alto el cambio de estímulo.

Engel dijo que este hallazgo es algo que podría ser familiar para muchas personas. A veces crees que estás prestando atención, señaló, pero aún te perderás las cosas.

Los científicos dijeron que los hallazgos también se relacionan con trabajos previos, que encontraron que los animales más alerta y los humanos tienden a tener pupilas que están más dilatadas. En el trabajo actual, cuando las células del cerebro pasaban más tiempo en estado activo, las pupilas del mono también estaban más dilatadas. Los hallazgos demuestran una interacción entre oscilaciones sincrónicas en el cerebro, atención a una tarea y signos externos de alerta.

"Parece que los mecanismos que subyacen a la atención y la excitación son bastante interdependientes", dice Moore.

¿Esto ahorra energía?

Una pregunta que surge de este trabajo es por qué las neuronas cambian a un estado de menor actividad cuando estamos despiertos. ¿Por qué no simplemente permanecer en el estado más activo todo el tiempo en caso de que sea cuando el tigre dientes de sable ataca?

Una respuesta podría relacionarse con la energía. "Hay un costo metabólico asociado con las neuronas que disparan todo el tiempo", dice Boahen. El cerebro usa mucha energía y quizás darles a las células la oportunidad de hacer el equivalente energético de sentarse permite que el cerebro ahorre energía.

Además, cuando las neuronas son muy activas, generan subproductos celulares que pueden dañar las células. Engel señaló que los estados de baja actividad podrían dar tiempo a despejar este desecho neuronal.

"Este documento sugiere lugares para buscar estas respuestas", dice Engel.

Acerca de los autores

Los coautores adicionales incluyen colegas de la Universidad de Newcastle. Los fondos provinieron de NIH, Stanford NeuroVentures, HHMI, MRC y Wellcome Trust.

Fuente: Universidad de Stanford

Libros relacionados:

at InnerSelf Market y Amazon