El ritmo del cerebro

El primer estudio a profundidad de esta naturaleza revela la manera en que los ritmos controlan la comunicación entre regiones del cerebro.

Ilustración que muestra cómo las regiones anterior (azul) y posterior (naranja) de la corteza cerebral se sincronizan para comunicar tareas cognoscitivas entre sí.  (crédito: Bradley Voytek)

Ilustración que muestra cómo las regiones anterior (azul) y posterior (naranja) de la corteza cerebral se sincronizan para comunicar tareas cognoscitivas entre sí. (crédito: Bradley Voytek)

Como en una pieza de jazz, el cerebro humano improvisa mientras su ritmo nos mantiene a un paso constante. Sin embargo, cuando se trata de realizar tareas intelectualmente complejas, varios grupos de neuronas se sintonizan entre sí en una fracción de segundo y se armonizan para pasar luego a la improvisación, de acuerdo a un nuevo estudio realizado en la Universidad de California, Berkeley.

Estos descubrimientos, reportados el 27 de julio en la revista Nature Neuroscience, podría abrir el camino a  tratamientos mejor dirigidos para personas con enfermedades cerebrales identificadas por ondas cerebrales caóticas, rápidas y lentas, lo que se conoce como oscilaciones neurales –tales como en la enfermedad de Parkinson, esquizofrenia y autismo, caracterizadas en parte por ritmos cerebrales excéntricos.

Manteniendo el ritmo

“El cerebro humano tiene 86 mil millones de neuronas, todas intentando hablarse entre sí en una sopa electroquímica increíblemente intrincada y ruidosa”, dijo el autor del estudio, Bradley Voytek. “Nuestros resultados ayudan a explicar el mecanismo a través del cual las redes neuronas entran rápidamente en sincronía y se separan conforme lo requieren”.

En su trabajo con pacientes epilépticos, Voytek y sus colegas en la Universidad de California, Berkeley, utilizan electrocorticografía (ECoG) -técnica que coloca electrodos directamente en la superficie expuesta del cerebro- para medir las oscilaciones neurales a medida que los pacientes realizan tareas cognoscitivas. Es aquí donde se obtuvo la información de cómo los ritmos controlan la comunicación entre las distintas regiones del cerebro.

Descubrieron que a medida que los ejercicios mentales requerían mayor esfuerzo, las ondas theta de 4-8 Hertz (ciclos por segundo) se sincronizaban en el lóbulo frontal del cerebro, permitiendo conectarse con otras subregiones cerebrales, tales como la corteza motora.

“En estos breves momentos de sincronización se da una comunicación muy rápida a medida que las neuronas de estas regiones cerebrales sintonizan las mismas frecuencias, y la cantidad de las neuronas sincronizadas es crítica en una variedad amplia de enfermedades” , dijo Voytek.

Existen algunos tipos de frecuencias cerebrales -Gamma, Beta, Alpha, Theta y Delta- y cada una se cree juega un papel distinto. Por ejemplo, las ondas Theta ayudan a coordinar neuronas a medida que nos movemos en nuestro medio ambiente, por lo que resultan clave en el procesamiento de la información espacial.

Fuera de ritmo

En personas con autismo, la conexión entre las ondas Alpha y la actividad neuronal es débil cuando se procesan imágenes emocionales, de acuerdo con Voytek. Las personas con enfermedad de Parkinson muestran una actividad anormalmente fuerte de ondas Beta en la corteza motora, sintonizando las neuronas en un canal erróneo que inhibe el movimiento. Afortunadamente, la estimulación cerebral eléctrica profunda puede interrumpir ondas Beta anormales en Parkinson para aliviar los síntomas.

Para este estudio, un grupo de pacientes con epilepsia observó formas de una complejidad creciente en un monitor de computadora y se les pidió realizar tareas con dedos distintos (el índice o medio) para presionar un botón dependiendo de la forma, el color o la textura de la imagen. El ejercicio inició con un simple presionar un botón, digamos, con el dedo índice cada vez que un cuadrado aparecía en la pantalla. Sin embargo, el ejercicio creció progresivamente en dificultad a medida que las formas se hicieron más complejas con colores y texturas, y los dedos tenían que darle seguimiento.

A medida que las tareas se hicieron más complejas, las oscilaciones de mantuvieron, coordinando más partes del lóbulo frontal y sincronizando la información que se intercambiaba entre estas regiones cerebrales. “Los resultados revelaron una coordinación delicada en el código del cerebro”, dijo Voytek. “Nuestra orquesta neuronal no requiere conductor, sólo requiere ondas a través de neuronas brevemente excitadas, como millones de aficionados en un estadio haciendo ‘la ola’.”

Más información la revista Nature Neuroscience en [http://www.nature.com/neuro/journal/vaop/ncurrent/full/nn.4071.html]