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La investigación proporciona información clave sobre cómo el cerebro procesa las fronteras

by notiulti

En la clásica ilusión óptica del “jarrón de Rubin”, puedes ver un jarrón elaborado y con curvas o dos caras, con las narices casi tocándose. En un momento dado, qué escena percibe depende de si su cerebro está viendo la forma del jarrón central como el primer plano o el fondo de la imagen.

Ahora, el profesor John Reynolds y el becario postdoctoral principal Tom Franken han avanzado en la comprensión de cómo el cerebro decide qué lado de un borde visual es un objeto en primer plano y cuál es el fondo. La investigación, publicada el 30 de noviembre de 2021 en la revista eLife, arroja luz sobre cómo las áreas del cerebro se comunican para interpretar la información sensorial y construir una imagen del mundo que nos rodea.

“La forma en que el cerebro organiza y genera una representación del mundo exterior sigue siendo una de las mayores incógnitas de la neurociencia actual”, dice Reynolds, titular de la Cátedra Fiona y Sanjay Jha en Neurociencia. “Nuestra investigación proporciona información importante sobre cómo el cerebro procesa las fronteras, lo que podría conducir a una mejor comprensión de las afecciones psiquiátricas en las que se interrumpe la percepción, como en la esquizofrenia”.

Cuando ves una escena frente a ti, las neuronas individuales de la corteza cerebral reciben información sobre una región minúscula de la escena. Por tanto, las neuronas que reciben información del borde de un objeto tienen poco contexto inicial sobre qué lado está en primer plano. Sin embargo, los científicos descubrieron previamente un conjunto de células que señalan muy rápidamente qué lado de la frontera pertenece al objeto (“propiedad de la frontera”); después de todo, la percepción de la profundidad y la capacidad de detectar objetos frente a ti es fundamental para la supervivencia; ¿es un bordillo o una sombra, una roca o una cueva?

No está claro exactamente cómo estas neuronas en el cerebro calculan la propiedad de la frontera. Algunos científicos plantearon la hipótesis de que a medida que la información del ojo pasa a través del cerebro, hacia áreas sucesivamente más aguas abajo (más profundas), se producen cálculos adicionales en cada área hasta que su cerebro construye un modelo de la escena visual. A esto se le llama la vía “feedforward”. Pero otros científicos plantearon la hipótesis de la importancia de la vía de “retroalimentación”, en la que las áreas aguas abajo del cerebro primero deben procesar la información y luego enviar estas pistas a las neuronas en las áreas aguas arriba, para ayudarles a descubrir la propiedad de la frontera.

Reynolds y Franken se propusieron determinar qué hipótesis era correcta. Utilizaron electrodos para registrar la actividad de las neuronas en diferentes capas de la corteza cerebral mientras los animales veían una imagen de un objeto cuadrado sobre un fondo en blanco. Los científicos determinaron primero qué neuronas en particular estaban procesando información de una pequeña parte del borde que delimita el cuadrado y el fondo; luego midieron el tiempo de las señales de propiedad fronteriza en estas neuronas y lo compararon para las neuronas en diferentes capas.

“Lo que encontramos es que las primeras señales sobre la propiedad fronteriza ocurren en neuronas en las capas profundas de la corteza cerebral”, dice Franken, quien es médico-científico y cuenta con un premio K99 Pathway to Independence Award de los Institutos Nacionales de Salud. “Esto respalda la importancia de la vía de retroalimentación para descifrar las fronteras, porque las conexiones de retroalimentación llegan y salen de las neuronas en capas profundas”.

Los investigadores también observaron que las neuronas apiladas verticalmente en diferentes capas de la corteza tendían a compartir la misma preferencia de propiedad fronteriza. Por ejemplo, ciertas columnas de neuronas preferían escenas donde el lado izquierdo de un borde era el objeto, mientras que otras columnas de neuronas preferían escenas donde el lado derecho de un borde era el objeto. Franken explica que estos hallazgos sugieren que la retroalimentación podría en realidad organizarse de manera sistemática, una vía prometedora para futuras investigaciones.

“A medida que llegamos a comprender la arquitectura del cerebro y cómo los conjuntos de neuronas se comunican entre sí para construir nuestra representación interna del mundo externo, estaremos mejor posicionados para desarrollar herramientas de diagnóstico y tratamientos para trastornos cerebrales en los que estas representaciones internas son distorsionada, como la esquizofrenia “, dice Franken. “Las alucinaciones y los delirios asociados con la esquizofrenia pueden estar asociados con las interrupciones de los ciclos de retroalimentación”.

A continuación, Franken hará un seguimiento de estos resultados con experimentos para investigar cómo la información transmitida por la retroalimentación contribuye al procesamiento de las fronteras.

El trabajo fue apoyado por subvenciones de la Fundación George E. Hewitt para la Investigación Médica, una Subvención para Jóvenes Investigadores de NARSAD de la Fundación para la Investigación del Cerebro y la Conducta y el Instituto Nacional del Ojo de los Institutos Nacionales de Salud.

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