Patrones de actividad cerebral preservan trazos de actividad cognoscitiva previa
El efecto un día después de la activación cerebral: la imagen del cerebro presenta patrones espontáneos (estado de descanso) antes de una sesión de entrenamiento de neuroretroalimentación basado en fMRI. La parte frontal de la imagen presenta patrones espontáneos (estados de descanso) un día después d e la sesión, ilustrando el trazo de largo alcance en el entrenamiento. (Crédito: Weizmann Institute of Science)
Científicos del Instituto Weizmann descubrieron que los patrones de la actividad cerebral que emergen espontáneamente preservan trazos de la actividad cognoscitiva previa.
¿Qué sucedería si los expertos pudieran escarbar en el cerebro, como los arqueólogos, y descubrir de esa manera la historia de experiencias pasadas? Esta preservación podría revelar lo que nos hace individuos únicos, y podría permitir el diagnóstico objetivo de un amplio rango de enfermedades neurosicológicas.
Esta nueva investigación sugiere que tal escenario está dentro del reino de lo real: muestra que ondas espontáneas de actividad neuronal en el cerebro llevan la huella de eventos anteriores al menos durante las 24 horas siguientes a la experiencia tenida.
La nueva investigación tiene su raíz en descubrimientos anteriores realizados en el laboratorio del Prof. Rafi Malach, del Departamento de Neurobiología del mismo instituto y otros, acerca que el cerebro nunca descansa, incluso cuando el dueño del cerebro descansa.
Cuando una persona duerme o descansa con los ojos cerrados –es decir, no hay estímulo visual entrando al cerebro– la explosión normal de actividad celular asociada con la información entrante es reemplazada por patrones ultra-lentos de actividad neuronal. Tales ondas espontáneas o “de descanso” viajan de una manera altamente organizada y reproducible a través de las capas externas del cerebro –la corteza– y los patrones que crean son complejos, aunque periódicos y simétricos.
Al igual que los jeroglíficos, pareciera que estos patrones podrían tener un significado, y Tal Harmelech, estudiante participante en la investigación, bajo la guía de Malach y el Dr. Son Preminger, descubrió su posible significado. Su idea era que los patrones de ondas de descanso podrían constituir “archivos” de experiencias anteriores.
A medida que incorporamos nuevas experiencias, la activación de las redes del cerebro conducen a cambios de largo plazo en los enlaces entre las células cerebrales, un aspecto conocido como plasticidad. A medida que nuestras experiencias son incorporadas en estas conexiones, crean “expectativas” que entran en actividad antes que ejecutemos cualquier tipo de tarea mental, permitiendo anticipar el resultado.
La hipótesis de los investigadores fue que la información sobre experiencias anteriores sería incorporada a través de los enlaces entre las redes neuronales de la corteza, y que se mostrarían en los patrones de ondas emergiendo espontáneamente.
En el experimento, los investigadores hicieron que los voluntarios participantes tuvieran un ejercicio de capacitación que activaría fuertemente redes bien definidas de células nerviosas en los lóbulos frontales. Mientras su actividad cerebral era escaneada utilizando un dispositivo de resonancia magnética funcional (fMRI), se solicitó a los participantes que imaginaran una situación en la cual deberían tomar decisiones rápidas.
Los participantes recibieron retroalimentación en tiempo real, basada en la información obtenida directamente de su lóbulo frontal, que indicaba el nivel de actividad neuronal en al red previamente entrenada. Esta estrategia de “neuroretroalimentación” resultó ser altamente exitosa en la activación de la red frontal –una parte del cerebro que es notoriamente difícil de activar bajo condiciones controladas.
Para medir si las conexiones creadas en el cerebro durante esta experiencia dejaría algún trazo en los patrones formados por las ondas de descanso, los investigadores escanearon nuevamente a los voluntarios en su estado de descanso antes del ejercicio, inmediatamente después del ejercicio y 24 horas después.
Los resultados de su investigación, publicados en Journal of Neuroscience, muestran que la activación de áreas específicas en la corteza ciertamente remodela los patrones de ondas de descanso en el cerebro. Sorprendentemente, los nuevos patrones no sólo permanecieron el día siguiente, sino que fueron significativamente fortalecidos. Estas observaciones concuerdan con los principios clásicos de aprendizaje propuestos por Donald Hebb a mediados del siglo XX, en el cual la co-activación de dos células nerviosas enlazadas conduce a un fortalecimiento de largo plazo de su enlace, mientras que la actividad no coordinada debilita el enlace.
Las imágenes del fMRI de las ondas cerebrales de descanso muestran que las áreas del cerebro que fueron activadas conjuntamente durante las sesiones de entrenamiento exhibieron un incremento en su enlace funcional un día después del entrenamiento, mientras que las áreas que fueron desactivadas por el entrenamiento mostraron una conectividad funcional más débil.
El estudio sugiere un gran número de posibilidades para explorar el cerebro. Por ejemplo, los patrones cerebrales que emergen espontáneamente podrían ser utilizados como “herramienta de trazado de mapas” para “desenterrar” eventos cognoscitivos del pasado reciente de un individuo.
O, en una escala mayor, los patrones emergentes de actividad espontánea únicos en cada persona podrían eventualmente revelar un tipo de perfil personal –destacando las habilidades de cada individuo, sus carencias, preferencias, capacidades de aprendizaje, etc.
“Hoy, estamos descubriendo más y más de los principios básicos de la actividad cerebral, pero no hemos podido avanzar en lo relacionado a las diferencias entre individuos”, dijo Malach. “En el futuro, los patrones emergentes espontáneos del cerebro podrían ser la llave para obtener perfiles personales imparciales”. Tales perfiles podrían ser utilizados especialmente en el diagnóstico o aprendizaje de patologías del cerebro asociadas con un amplio rango de discapacidades cognoscitivas.
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