Partes del cerebro desconectadas incluso cuando estamos despiertos

Una nueva investigación sugiere que partes del cerebro se encienden y apagan de forma natural incluso cuando estamos despiertos. Los investigadores de la Universidad de Stanford creen que esto podría llevar a intervenciones para garantizar que las áreas del cerebro que estamos usando estén en línea y funcionando a su máxima capacidad.

Los científicos explican que cuando estamos en un sueño profundo, la actividad de nuestro cerebro refluye y fluye en ondas grandes y obvias, como ver una marea de cuerpos humanos que se levantan y se sientan alrededor de un estadio deportivo. Es difícil pasarlo por alto.

En el nuevo estudio, los investigadores descubrieron que existen los mismos ciclos durante la vigilia que durante el sueño, pero con solo pequeñas secciones sentadas y de pie al unísono en lugar de todo el estadio. Es como si pequeñas porciones del cerebro se durmieran y se despertaran de forma independiente todo el tiempo.

Es más, parece que cuando las neuronas han pasado al estado más activo o "encendido", responden mejor 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 podrían desempeñar un papel en la atención.

“La atención selectiva es similar a hacer que pequeñas partes de su cerebro estén un poco más despiertas”, dijo Tatiana Engel, Ph.D., becaria postdoctoral y coautora principal de la investigación, publicada recientemente en Ciencias.

El ex estudiante de posgrado Nicholas Steinmetz es el otro coautor principal, con los experimentos de neurofisiología realizados en el laboratorio del Dr. Tirin Moore, profesor de neurobiología y uno de los autores principales.

Comprender estos ciclos recién descubiertos requiere saber un poco sobre cómo está organizado el cerebro.

Si clavaras un alfiler directamente en el cerebro, todas las células cerebrales que golpearas responderían al mismo tipo de cosas. En una columna, todos podrían estar respondiendo a objetos en una parte particular del campo visual, por ejemplo, la parte superior derecha.

El equipo utilizó lo que equivale a conjuntos de pines muy sensibles que pueden registrar la actividad de una columna de neuronas en el cerebro.

En el pasado, las personas sabían que las neuronas individuales pasan por fases de estar más o menos activas, pero con esta sonda vieron por primera vez que todas las neuronas en una columna dada se ciclaban juntas entre disparar muy rápidamente y luego disparar a una frecuencia mucho más lenta, similar a los ciclos coordinados en el sueño.

“Durante un estado activo, todas las neuronas comienzan a dispararse rápidamente”, dijo el Dr. Kwabena Boahen, profesor de bioingeniería e ingeniería eléctrica en Stanford y autor principal del artículo.

“Entonces, de repente, simplemente cambian a una velocidad de disparo baja. Este encendido y apagado ocurre todo el tiempo, como si las neuronas lanzaran una moneda al aire para decidir si se van a encender o apagar ".

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

El equipo descubrió que los estados de actividad más altos y más bajos se relacionan con la capacidad de responder al mundo.

El grupo tenía su sonda en una región del cerebro de los monos que detecta específicamente una parte del mundo visual. Los monos habían sido entrenados para prestar atención a una señal que indicaba que algo en una parte particular del campo visual (la parte superior derecha, digamos, o la parte inferior izquierda) estaba a punto de cambiar ligeramente. Luego, los monos recibieron una golosina si identificaron correctamente que habían visto ese cambio.

Cuando el equipo dio una pista sobre 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 pasaban más tiempo en el estado activo si estaban prestando atención. Si el cambio de estímulo se produjo cuando las células estaban en un estado más activo, también era más probable que el mono identificara 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 desactivado”, dijo Engel. Incluso cuando el mono sabía que debía prestar atención a un área en particular, si las neuronas pasaban a un estado de menor actividad, el mono con frecuencia pasaba por alto el cambio de estímulo.

Engel dijo que este hallazgo es algo que podría resultar familiar para muchas personas. A veces piensas que estás prestando atención, señaló, pero aún así extrañarás cosas.

Los científicos dijeron que los hallazgos también se relacionan con trabajos anteriores, que encontraron que los animales y los humanos más alerta tienden a tener pupilas más dilatadas.

En el trabajo actual, cuando las células cerebrales pasaban más tiempo en un 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 subyacentes a la atención y la excitación son bastante interdependientes", dijo Moore.

La investigación trae nuevas preguntas.

Los investigadores dicen que una pregunta que surge de este trabajo es por qué las neuronas pasan a un estado de actividad más baja cuando estamos despiertos. ¿Por qué no permanecer en un estado más activo todo el tiempo?

Una respuesta podría relacionarse con la energía. "Hay un costo metabólico asociado con las neuronas que se activan todo el tiempo", dijo Boahen. El cerebro usa mucha energía y quizás dar a las células la oportunidad de hacer el equivalente energético de sentarse permite al cerebro ahorrar energía.

Además, cuando las neuronas están muy activas generan subproductos celulares que pueden dañar las células. Engel señaló que los estados de baja actividad podrían dar tiempo para eliminar este desperdicio neuronal. "Este documento sugiere lugares para buscar estas respuestas", dijo Engel.

Fuente: Universidad de Stanford