Las neuronas en ciertas áreas del cerebro integran la información «qué» y «cuándo» para discernir el orden oculto en los eventos en tiempo real

Por: Miryam Naddaf–Nature

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El cerebro humano está constantemente captando patrones en las experiencias cotidianas, y puede hacerlo sin pensamiento consciente, según descubre un estudio1 sobre la actividad neuronal en personas a las que se les implantaron electrodos en el tejido cerebral por razones médicas.

El estudio muestra que las neuronas en regiones cerebrales clave combinan información sobre lo que ocurre y cuándo, lo que permite al cerebro identificar patrones en los eventos a medida que se desarrollan en el tiempo. Eso ayuda al cerebro a predecir eventos futuros, dicen los autores.

“El cerebro hace muchas cosas de las que no somos conscientes”, afirma Edvard Moser, neurocientífico de la Universidad Noruega de Ciencia y Tecnología de Trondheim. “Esta no es una excepción”.

Tormenta de datos

Para comprender el mundo que nos rodea, el cerebro debe procesar una avalancha de información sobre lo que sucede, dónde sucede y cuándo sucede. Los autores del estudio querían explorar cómo el cerebro organiza esta información a lo largo del tiempo, un paso crucial en el aprendizaje y la memoria .

El equipo estudió a 17 personas que padecían epilepsia y a quienes se les implantaron electrodos en el cerebro como preparación para un tratamiento quirúrgico. Estos electrodos permitieron a los autores captar directamente la actividad de neuronas individuales en múltiples regiones cerebrales.

Entre esas regiones se encontraban el hipocampo y la corteza entorinal , que están implicadas en la memoria y la navegación . Estas áreas contienen células de tiempo y lugar que actúan como el reloj interno del cuerpo y el sistema GPS, codificando el tiempo y las ubicaciones. «Todo el mundo externo que llega a nuestro cerebro tiene que ser filtrado a través de ese sistema», dice el coautor del estudio Itzhak Fried, neurocirujano y neurocientífico de la Universidad de California en Los Ángeles.

Desfile de caras

Como preparación para el experimento principal, los investigadores mostraron a cada participante una variedad de imágenes de rostros. Para cada participante, los científicos identificaron seis de los rostros que hacían que una neurona individual en el cerebro del participante se activara con fuerza. Un participante podría tener una neurona de «hombre con gafas de sol», por ejemplo, junto con una neurona de «mujer con sombrero» y cuatro más que favorecían cada una de ellas a un rostro en particular.

El equipo dispuso las seis imágenes de cada participante en un triángulo con una imagen en cada esquina y otra en cada lado. Cada imagen estaba conectada a sus vecinas más cercanas mediante líneas que recorrían los lados del triángulo y su interior.

En un experimento, los participantes vieron una serie de imágenes de rostros. Una regla sencilla dictaba la secuencia de imágenes: cada rostro iba seguido de otro que estaba conectado a él en el triángulo (véase «Reconocimiento de patrones»). Por ejemplo, si el primer rostro era el que estaba en la esquina inferior izquierda del triángulo, el segundo sería uno de sus dos vecinos directos: el rostro en el medio de la base del triángulo o el rostro en el medio del lado izquierdo del triángulo. Los investigadores no revelaron esta regla a los participantes. Es más, distrajeron a los participantes haciéndoles preguntas sobre el contenido de las imágenes durante cada experimento.

Durante el experimento, las neuronas del hipocampo y la corteza entorinal de cada participante comenzaron gradualmente a responder no solo a la cara que se les presentaba, sino también a las caras directamente conectadas con ella en el triángulo. Cuando se les preguntó si notaron algún patrón en el orden de las imágenes, los participantes dijeron que no. Pero sus células cerebrales aprendieron el patrón de todos modos, lo que demuestra que el cerebro puede reconocer patrones sin ser consciente. En los descansos entre los ensayos, las neuronas de «cara» de los participantes repitieron lo que habían aprendido, repitiendo los patrones por sí solas sin ser estimuladas para hacerlo.

“Esto no es explícito, es implícito. Y el cerebro lo capta, básicamente, muy rápidamente, y podemos ver esos cambios en las células individuales”, dice Fried.

Neuronas orientadas al futuro

Los autores descubrieron que las neuronas también podían anticipar qué imágenes aparecerían a continuación, lo que sugiere que el cerebro puede aprender a predecir eventos futuros basándose en patrones aprendidos.

“El hecho de que esto ocurra sin ningún motivador externo es realmente interesante”, afirma Matt Jones, neurocientífico de la Universidad de Bristol (Reino Unido). “Muchos de los hallazgos son notablemente coherentes con las predicciones del trabajo con roedores, lo que pone de relieve cómo los circuitos del hipocampo han evolucionado para estructurar nuestros mapas cognitivos”, añade.

Comprender cómo organiza el cerebro la información sobre secuencias de eventos podría tener importantes aplicaciones clínicas. Por ejemplo, las terapias para mejorar la memoria podrían centrarse en potenciar patrones neuronales específicos que representan recuerdos importantes, afirma Fried. “Al final, se trata de poner las cosas juntas en el tiempo. Ese es realmente el quid de la memoria”.

doi: https://doi.org/10.1038/d41586-024-03116-8

Referencias

Tacikowski, P., Kalender, G., Ciliberti, D. y Fried, I. Naturaleza https://doi.org/10.1038/s41586-024-07973-1 (2024).