Cómo el cerebro nos ayuda a recordar lo que hemos visto

Las investigaciones encuentran que cuando uno mira a su alrededor, las imágenes mentales rebotan entre el cerebro derecho y el izquierdo a medida que cambian en nuestro sistema visual. MIT News 

David Orenstein | Instituto Picower para el aprendizaje y la memoria

8 de febrero de 2021

Cuando una imagen mental se desplaza por el campo de visión, el cerebro vuelve
a codificar un recuerdo de ella entre las neuronas del hemisferio opuesto de la
corteza prefrontal. Imagen: Meredith Mahnke

Pregúntele a cualquiera, desde un mariscal de campo de la NFL que escanea el campo en busca de receptores abiertos hasta un controlador de tráfico aéreo que monitorea las posiciones de los aviones hasta un padre que ve a sus hijos correr por el parque: Dependemos de nuestro cerebro para tener en mente lo que vemos, incluso cambiamos nuestra mirada alrededor e incluso apartamos temporalmente la mirada. Esta capacidad de "memoria de trabajo visual" se siente fácil, pero un nuevo estudio del MIT muestra que el cerebro trabaja duro para mantenerse al día. Cada vez que un objeto clave se desplaza a través de nuestro campo visual, ya sea porque se movió o porque nuestros ojos lo hicieron, el cerebro transfiere inmediatamente un recuerdo de él recodificándolo entre las neuronas del hemisferio cerebral opuesto.

El hallazgo, publicado en Neuron por neurocientíficos del Instituto Picower para el Aprendizaje y la Memoria, explica a través de experimentos en animales cómo podemos realizar un seguimiento continuo de lo que es importante para nosotros, aunque el cableado básico de nuestro sistema visual requiere mapear lo que vemos a nuestra izquierda en el lado derecho de nuestro cerebro y lo que vemos en nuestro lado derecho en el lado izquierdo del cerebro.

"Necesita saber dónde están las cosas en el mundo real, independientemente de dónde esté mirando o cómo esté orientado en un momento dado", dice el autor principal del estudio, Scott Brincat, un postdoctorado en el laboratorio del profesor Earl Miller de Picower, el autor principal. "Pero la representación que tu cerebro obtiene del mundo exterior cambia cada vez que mueves los ojos".

En sus experimentos, Brincat, Miller y sus coautores encontraron que cuando un objeto cambia de lado en el campo de visión, el cerebro emplea rápidamente un cambio revelador en la sincronía de las frecuencias de las ondas cerebrales para guiar la información de la memoria desde un lado del cerebro al otro. La transferencia, que ocurre en meros milisegundos, recluta un nuevo grupo de neuronas en la corteza prefrontal del hemisferio cerebral opuesto para almacenar la memoria. Este nuevo conjunto de neuronas codifica el objeto según su nueva posición, pero el cerebro continúa reconociéndolo como el objeto que solía estar en el campo de visión del otro hemisferio.

Esa capacidad de recordar que algo es lo mismo sin importar cómo se mueva en relación con nuestros ojos, es lo que nos da la libertad de controlar dónde miramos, dice Miller. Un mariscal de campo puede decidir cambiar su mirada del lado izquierdo del campo al lado derecho sin temer a que se le olvide instantáneamente que esos receptores del lado izquierdo todavía siguen allí, aún si al haber cambiado la posición de su mirada los haya desplazado sustancialmente dentro, o incluso fuera, de su campo de visión.

"Si no tuvieras eso, seríamos simples criaturas que solo podrían reaccionar a lo que sea que se nos presente en el medio ambiente, eso es todo", dice Miller. “Pero debido a que podemos tener las cosas en mente, podemos tener un control volitivo sobre lo que hacemos. No tenemos que reaccionar a algo ahora, podemos guardarlo para más tarde".

Cambio de lados

En el laboratorio, los investigadores midieron la actividad de cientos de neuronas en la corteza prefrontal de ambos hemisferios cerebrales mientras los animales jugaban. Tuvieron que fijar su mirada en un lado de una pantalla cuando la imagen de un objeto (por ejemplo, un plátano) apareció brevemente en el medio de la pantalla. Así, el objeto apareció en uno u otro lado de su campo de visión y, debido al cableado cruzado del cerebro, se procesó en el hemisferio cortical opuesto. El animal tenía que tener la imagen en mente y luego indicar si una imagen presentada posteriormente era de un objeto diferente (por ejemplo, una manzana). Sin embargo, en algunos ensayos, mientras el objeto original se guardaba en la memoria de trabajo, se indicaba a los animales que cambiaran la mirada de un lado a otro, cambiando efectivamente de qué lado de su campo de visión estaba la imagen recordada.

Los animales recordaron con precisión si las imágenes que se les presentaban coincidían, pero su desempeño se resintió un poco en los casos en que tuvieron que cambiar la mirada. Brincat dice que el error sugiere que tener que mantenerse al día con el cambio no es tan fácil para el cerebro como parece.

“Nos parece trivial, pero aparentemente no lo es”, dice.

Para analizar sus mediciones en el cerebro, el equipo entrenó un programa de computadora llamado decodificador para identificar patrones en los datos sin procesar de la actividad neuronal que indicaban la memoria de la imagen del objeto. Como era de esperar, ese análisis mostró que el cerebro codificaba información sobre cada imagen en el hemisferio opuesto a donde estaba en el campo de visión. Pero lo que es más notable, también mostró que en los casos en que los animales cambiaban la mirada sobre la pantalla, la actividad neuronal que codificaba la información de la memoria se desplazaba de un hemisferio cerebral al otro.

El equipo también midió los ritmos generales de la actividad colectiva de las neuronas u ondas cerebrales. Descubrieron que la transferencia de un recuerdo de un hemisferio a otro se producía de forma consistente con un cambio característico en esos ritmos. A medida que se produjo la transferencia, la sincronía entre hemisferios de ondas "theta" de muy baja frecuencia (aproximadamente 4-10 hercios) y ondas "beta" de alta frecuencia (~ 17-40 Hz) aumentó y la sincronía de "alfa / beta" ondas (~ 11-17 Hz) disminuyeron.

Este patrón de ritmos de empujar y tirar se parece mucho a uno que el laboratorio de Miller ha encontrado en muchos estudios sobre cómo la corteza emplea ritmos para transmitir información. Los aumentos en la combinación de ritmos de frecuencia muy baja y alta permiten que la información sensorial (es decir, representaciones de lo que el animal acaba de ver) se codifique o recuerde. Un aumento de potencia en el rango de frecuencia alfa / beta inhibe esa codificación, actuando como una especie de puerta en el procesamiento de la información sensorial.

"Esta es otra forma de puerta", dice Miller. "Esta vez alfa / beta está bloqueando la transferencia de memoria entre hemisferios".

Detectando una sorpresa

Si bien los patrones de ritmo parecían consistentes con estudios anteriores, los investigadores se sorprendieron por otro hallazgo del estudio: dada la misma imagen de objeto en el mismo lugar en el campo de visión, la corteza prefrontal empleaba diferentes neuronas si inicialmente se veía en esa ubicación. versus transferido desde el otro hemisferio. En otras palabras, los animales que vieron un plátano en el lado izquierdo de su visión reclutaron un conjunto neuronal diferente para representar ese recuerdo que si el plátano se viera previamente a la derecha y luego se transfiriera a ese lugar.

Para Miller, el hallazgo tiene una implicación intrigante. Los neurocientíficos alguna vez pensaron que las neuronas individuales eran la unidad básica de función en el cerebro y más recientemente han comenzado a pensar que, en cambio, los conjuntos de neuronas lo son. Los nuevos hallazgos, sin embargo, sugieren que incluso la misma información podría ser codificada por diferentes conjuntos ensamblados arbitrariamente.

“Quizás incluso los conjuntos no son las unidades funcionales del cerebro”, especula Miller. “Entonces, ¿cuál es la unidad funcional del cerebro? Es el espacio computacional que crea la actividad de la red cerebral ".

Además de Brincat y Miller, los otros autores del artículo son Jacob Donoghue, Meredith Mahnke, Simon Kornblith y Mikael Lundqvist.

El Instituto Nacional de Salud Mental, la Oficina de Investigación Naval, la Fundación JPB y el Instituto Nacional de Ciencias Médicas Generales financiaron la investigación.

Traducido de https://news.mit.edu/2021/how-brain-helps-us-remember-what-weve-seen-0208 

Referencia:

Brincat et al., 2021, Neuron 109, 1–12 March 17. Interhemispheric transfer of working memories. https://doi.org/10.1016/j.neuron.2021.01.016