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¿Cómo diferencia el cerebro entre pasado y presente?

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Un grupo de científicos descubrieron cómo un conjunto de ondas cerebrales de alta frecuencia puede ayudarnos a saber inconscientemente cuándo algo es diferente al comparar recuerdos del pasado con experiencias presentes.

El cerebro anticipa de forma predictiva los posibles errores presentes

Imagina que estás sentado en el sofá de tu sala de estar leyendo. Lo haces casi todas las noches. Pero luego, de repente, cuando miras hacia arriba, notas que esta vez algo es diferente. Tu cuadro favorito colgado en la pared está ligeramente inclinado. En un estudio que involucró a pacientes con epilepsia, los científicos de los Institutos Nacionales de Salud descubrieron cómo un conjunto de ondas cerebrales de alta frecuencia puede ayudarnos a detectar este tipo de diferencias entre el pasado y el presente.

Nuestros resultados sugieren que cada experiencia que almacenamos en la memoria se puede utilizar para establecer nuestras expectativas y predicciones para el futuro“, dice el doctor Kareem Zaghloul, investigador principal del Instituto Nacional de Trastornos Neurológicos y Accidentes Cerebrovasculares (NINDS) del NIH y autor principal del estudio publicado en Nature Communications. “Este estudio muestra cómo el cerebro usa ciertos patrones de actividad neuronal para comparar nuestras expectativas con el presente. En última instancia, esperamos que estos resultados nos ayuden a comprender mejor cómo el cerebro retrata la realidad en condiciones saludables y patológicas“.

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El estudio fue dirigido por Rafi Haque, M.D., Ph.D. estudiante de la Facultad de Medicina de la Universidad Emory, Atlanta, que estaba completando su tesis con el Dr. Zaghloul. Su principal objetivo de investigación era probar si una teoría llamada codificación predictiva se puede aplicar a cómo nuestro cerebro recuerda experiencias pasadas, conocidas como recuerdos episódicos.

La codificación predictiva básicamente establece que el cerebro optimiza la actividad neuronal para procesar información. En otras palabras, la teoría pronostica que el cerebro usa más actividad neuronal para procesar información nueva que para cosas con las que estamos familiarizados“, dijo el Dr. Haque. “Años de investigación han demostrado que, con el tiempo, así es como aprendemos a esperar cómo suenan las vistas comunes, como la hierba verde, o los ruidos cotidianos, como el gorjeo de ciertos pájaros. Queríamos saber si el cerebro utiliza un proceso similar para gestionar nuestras experiencias“.

Un solo recuerdo nos sirve para generar expectativas

Para probar esta idea, el equipo trabajó con 14 pacientes con tipos de epilepsia resistentes a los medicamentos cuyos cerebros habían sido implantados quirúrgicamente con rejillas de electrodos como parte de un ensayo del Centro Clínico de los NIH destinado a diagnosticar y tratar sus convulsiones.

El experimento comenzó cuando se mostró a los pacientes y se les pidió que memorizaran una serie de cuatro escenas naturales mostradas en una pantalla de computadora. Por ejemplo, una de las escenas era de una bicicleta marrón apoyada en un pie de apoyo frente a un arbusto verde. Unos segundos más tarde se les mostró un nuevo conjunto de imágenes y se les preguntó si reconocían la escena o notaron algo diferente. Algunas imágenes eran las mismas que antes, mientras que otras se modificaron ligeramente al agregar o eliminar algo, como un pájaro rojo, de la escena.

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En promedio, los pacientes reconocieron con éxito el 88% de las escenas repetidas, el 68% de las escenas en las que faltaba algo y el 65% de aquellas en las que se agregó algo. En cada caso, tardaron unos dos segundos y medio en darse cuenta. Un análisis más detallado de un subconjunto de pacientes mostró que localizaron con éxito el 82% de las adiciones y el 70% de las extracciones. Curiosamente, sus ojos se fijaron a menudo (83%) en las adiciones, pero apenas (34%) en las áreas de la escena donde se eliminó algo.

En general, estos resultados sugieren que se necesita sólo un momento no solo para recordar una nueva experiencia, sino también para usar los recuerdos de esa experiencia para establecer expectativas futuras“, dijo el Dr. Zaghloul. Mientras tanto, las grabaciones eléctricas revelaron diferencias en la actividad de las ondas cerebrales entre las veces que los pacientes recordaron con éxito escenas repetidas y las veces que detectaron cambios en una escena.

En ambas situaciones, la aparición de una escena en la pantalla de la computadora provocó un aumento en la fuerza de las ondas de alta frecuencia de la actividad neuronal en la corteza occipital lateral, un centro de procesamiento visual en la parte posterior del cerebro. La oleada fluyó hacia adelante y llegó unos milisegundos más tarde a un centro de memoria llamado lóbulo temporal medial.

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Además, en ambas situaciones, los cerebros de los pacientes parecían reproducir los patrones de actividad neuronal observados cuando presenciaron las escenas por primera vez. “Estos resultados apoyan la idea de que los recuerdos de las experiencias visuales siguen una determinada vía en el cerebro“, dijo el Dr. Haque. Sin embargo, la diferencia fue que el aumento de la actividad fue más fuerte cuando los pacientes reconocieron un cambio en una escena.

Además, durante estos momentos, una segunda onda de frecuencia más baja pareció retumbar sincrónicamente a través de la corteza occipital lateral y el lóbulo temporal medial. “Nuestros datos apoyan la idea de que nuestras expectativas de experiencias visuales están controladas por un circuito de retroalimentación entre la corteza visual y el lóbulo temporal medial“, dijo el Dr. Zaghloul. “Las ondas de alta frecuencia de actividad neuronal parecen llevar un mensaje de error cuando vemos algo que no coincide con nuestras expectativas, mientras que las ondas de baja frecuencia pueden estar actualizando nuestra memoria“.

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Fuente y referencias

Fuente: NIH/National Institute of Neurological Disorders and Stroke

Referencia del estudio:

Haque, R.U., Inati, S.K., Levey, A.I. et al. (2020) Feedforward prediction error signals during episodic memory retrieval. Nat Commun 11,6075 (2020). https://doi.org/10.1038/s41467-020-19828-0

 

Redacción

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