El estudio revela cómo la actividad cerebral rítmica da forma a nuestra percepción

22 de febrero de 2022

Contrariamente a nuestra intuición, la precisión con la que percibimos el mundo real no es estable en el tiempo, sino que fluctúa rítmicamente entre estados de alta y baja precisión varias veces por segundo. Estas fluctuaciones siguen actividades eléctricas rítmicas en el cerebro. Los ritmos eléctricos del cerebro varían en diferentes frecuencias, de 1 a 250 hercios.

Usando estas diferentes frecuencias, el cerebro regula cómo se transmite la información relevante entre las diferentes regiones del cerebro. Un grupo de neurocientíficos del German Primate Centre, Goettingen, Alemania y la Universidad de Melbourne, Australia, ha revisado críticamente la evidencia sobre este tema y muestra cómo estas frecuencias pueden determinar procesos perceptivos fundamentales en el cerebro.

El acoplamiento de frecuencias cruzadas permite una atención selectiva

Un fenómeno básico observado en todas las áreas del cerebro es que los ritmos más lentos (aproximadamente de 4 a 8 hercios) modulan la fuerza de un ritmo más rápido (aproximadamente de 40 a 80 hercios). Esto se conoce como acoplamiento de frecuencia cruzada. El par de frecuencias acopladas entre sí varía según el área cortical y su función para el comportamiento.

En algunos casos, la atención puede hacer que las células nerviosas se desincronicen, lo que les permite transportar información diferente, como cuando un instrumento de cuerda toca una melodía diferente al resto de la orquesta. En otros, la atención puede conducir a la activación de un gran número de neuronas para maximizar su impacto.

“Estas dos funciones diferentes pueden organizarse en el cerebro a través del acoplamiento de frecuencias cruzadas”, dice Moein Esghaei, uno de los autores.

Distinguir entre diferentes tipos de información.

La existencia simultánea de diferentes bandas de frecuencia en el cerebro también ayuda a etiquetar diferentes modalidades de información que llegan a la misma región del cerebro. Por ejemplo, el color y la dirección de un ala delta volando en el cielo.

De manera similar a cómo un receptor de radio identifica el transmisor de radio desde el que se origina una señal (recuadro en la parte inferior derecha), las áreas de alto nivel de nuestro cerebro distinguen la fuente de una actividad de entrada neuronal en función de su frecuencia característica. 

De manera similar a cómo un receptor de radio identifica el transmisor de radio desde el que se origina una señal, las áreas de alto nivel de nuestro cerebro distinguen la fuente de una actividad de entrada neuronal en función de su frecuencia característica. En la figura anterior de un cerebro humano, A y B marcan las áreas cerebrales dedicadas al análisis de información de dirección de movimiento y color, respectivamente, y C denota áreas cerebrales de alto nivel que combinan la información sobre características visuales individuales en una percepción unificada de objetos visuales. En este ejemplo, el color y la dirección del movimiento del planeador rastreado se analizan por separado en las áreas A y B, y luego se combinan en el área C para crear nuestra percepción única de todas las características del planeador. Crédito: Centro Alemán de Primates

“Nuestro cerebro enruta la información sobre el color y el movimiento a través de diferentes frecuencias hacia áreas cerebrales de orden superior, al igual que los sistemas de telecomunicaciones que transmiten diferentes tipos de información al mismo receptor”, dice Moein Esghaei.

“La actividad rítmica de las redes neuronales juega un papel fundamental para la percepción visual en humanos y otros primates”, resume Stefan Treue, jefe del Laboratorio de Neurociencia Cognitiva del Centro Alemán de Primates como coautor.

"Comprender cómo interactúan y se controlan exactamente estos patrones de actividad no solo nos ayuda a comprender mejor la base neuronal de la percepción, sino que también puede ayudar a dilucidar algunos de los déficits de percepción en condiciones neurológicas, como la dislexia, el TDAH y la esquizofrenia".

Sobre esta noticia de investigación en neurociencia

Autor: Susanne Diederich

Fuente: DPZ

Contacto: Susanne Diederich – DPZ

Imagen: La imagen está acreditada al German Primate Center

Referencia 

Original Research: Open access.

“Dynamic coupling of oscillatory neural activity and its roles in visual attention” by Moein Esghaei et al. Trends in Neuroscience

Abstract

Dynamic coupling of oscillatory neural activity and its roles in visual attention

Rhythmic neuronal activity has long been proposed to have a central role in information processing in the mammalian brain. Recent studies have documented a multitude of simultaneously active frequency bands. These frequency components are often coupled, with the phase of a lower frequency modulating the power of a higher frequency rhythm [phase–amplitude coupling (PAC)]. We suggest that such coupling allows different scales of neural populations to interact and enables high-level cognitive functions, including selective attention. We propose a scheme that outlines how changes in PAC during attention helps in sensory signal discrimination in early visual areas and in signal transmission in higher areas. We suggest that dynamic coupling of distinct frequency bands provides a mechanism to functionally label and flexibly route signals from different sensory submodalities.