"Creo que hemos encontrado uno de los prototipos del cerebro para construir secuencias", dice el profesor Edvard Moser, autor de un  nuevo estudio publicado en Nature el 20 de diciembre, al hablar del patrón de actividad cerebral descubierto como "un algoritmo fundamental que es intrínseco al cerebro e independiente de la experiencia".

Organizar nuestra mente para poder razonar

La capacidad de ordenar los elementos de nuestro mundo es clave en el desarrollo humano, por la necesidad que tenemos de clasificar la inabarcable información de la que disponemos. Desde identificar alimentos a organizarnos en grupos sociales, esa función del cerebro es tan esencial para nuestra supervivencia como difícil de desentrañar para la ciencia, a nivel biológico.

Sin esta capacidad, no podríamos comunicarnos, seguir el tiempo, encontrar nuestro camino o incluso recordar lo que estamos haciendo. El mundo dejaría de presentarse ante nosotros en experiencias significativas, ya que cada evento se fragmentaría en una serie errática de sucesos aleatorios.

Por eso es tan importante El descubrimiento de los investigadores de NTNU de un patrón de secuencia rígido en el cerebro, que proporciona nuevos conocimientos sobre cómo organizamos las experiencias en un orden temporal.

La naturaleza secuencial de la memoria

Nuestra vida diaria se produce de forma secuencial, no aleatoria. Y esa sucesión de acontecimientos solo la podemos interpretar gracias a lam capacidad de nuestro cerebro de capturar y organizar mentalmente eventos seleccionados en el orden cronológico en el que ocurrieron, y de vincularlos como experiencias significativas. Esta actividad de construcción de secuencias tiene lugar en la escala de tiempo en la que interactúas en la situación. Cuando recuerdas este recuerdo, el proceso de revivir la secuencia de eventos en tu mente también lleva tiempo.

Todas tus experiencias en el mundo se prolongan en el tiempo", dice la profesora May-Britt Moser. “Sucede una cosa, luego otra y luego una tercera”.

La profesora Edvard Moser se preguntaba cómo es capaz el cerebro de generar y almacenar todas estas largas y únicas secuencias de información sobre la marcha y en su estudio concluye que “tiene que existir un mecanismo fundamental para la formación de secuencias allí”. ¿Pero cuál?

“Existe un desajuste en neurociencia entre las escalas de tiempo en las que normalmente se estudia la actividad cerebral, en el régimen de milisegundos, y las escalas de tiempo en las que ocurren muchas de nuestras funciones cerebrales más importantes, en el rango de decenas de segundos a varios minutos”, dice Soledad Gonzalo Cogno, líder del grupo de investigación Kavli y primer autor del artículo, amplía la motivación detrás de este estudio.

El equipo se propuso identificar este mecanismo fundamental para la formación de secuencias, que ocurre en escalas de tiempo muy lentas, como ocurre con la mayoría de nuestras funciones cerebrales.

Experimento con ratones para descubrir el funcionamiento neuronal

Para descubrir cómo se coordinan las neuronas en las lentas escalas de tiempo en las que se desarrollan muchas de nuestras funciones cerebrales, los investigadores de Kavli se centraron en la corteza entorrinal medial (MEC), un área del cerebro que respalda funciones cerebrales que dependen de la formación de secuencias, como la navegación y la memoria episódica. , que se desarrollan muy lentamente en el tiempo.

El gran volumen de información sobre el mundo exterior que se procesa en el cerebro en un momento dado planteó un desafío para la búsqueda. Cualquier señal de referencia procedente de algoritmos neuronales estructurados y recurrentes correría el riesgo de ahogarse en el “ruido” de la experiencia entrante.

Para solucionar esto, los investigadores crearon un entorno experimental que estaba casi desprovisto de información sensorial. Dejaron correr a un ratón en completa oscuridad, sin tarea que completar ni recompensa que ganar. El ratón podía correr o descansar a su antojo, mientras durara la sesión.

Al mismo tiempo, los investigadores registraron lo que sucedía en la corteza entorrinal del cerebro del ratón mientras su orquesta de células nerviosas permanecía en esta posición de espera de voz suave.

“Esto es lo que encontramos”, dice Soledad Gonzalo Cogno, señalando una figura con rayas de cebra frente a ella.

El patrón se compone de miles de puntos agrupados. Cada punto es una señal neuronal. Podemos ver que la actividad neuronal se mueve a través de todas las células de abajo hacia arriba a lo largo del eje Y a medida que avanza el tiempo a lo largo del eje X. La agrupación nos dice que la actividad se coordina como ondas que recorren la red, como ritmos de una sinfonía. Las secuencias son ultralentas, lo que significa que la onda tarda dos minutos en viajar a través de la red neuronal, antes de que todo el proceso se repita nuevamente, a veces durante la duración de la sesión de prueba, en períodos de hasta una hora.

La figura muestra varios cientos de neuronas de la corteza entorrinal de ratón que oscilan a frecuencias ultralentas, abarcando ventanas de tiempo que van desde decenas de segundos hasta varios minutos. La dinámica que entusiasmó aún más a los investigadores es que a medida que cada célula oscila, las células también se organizan en secuencias: la célula A se activa antes que la B, la B se activa antes que la C, y así sucesivamente, hasta que han completado un ciclo completo y Regrese a la celda A, donde el ciclo se repite. Esta actividad altamente estructurada se superpone con la escala temporal de los eventos que codificamos en nuestros recuerdos y proporciona el modelo perfecto para construir la estructura secuencial que forma la base de los recuerdos episódicos.

Estas ondas de actividad coordinada no viajaban en línea recta de un extremo al otro del tejido cerebral. En cambio, las ondas viajan a lo largo de las delgadas conexiones sinápticas entre las células que se comunican entre sí en la red. Las células pueden comunicarse con otras células lejanas así como con sus vecinas más cercanas. La maraña anatómica hace que sea difícil ver la actividad coordinada a simple vista sin haber localizado primero las celdas del gráfico ráster. Este vídeo ilustra esto .

El gráfico ráster con rayas de cebra que se explica en el vídeo, muestra las lentas oleadas de actividad en toda la red durante un período de tiempo.

"Si doblas el gráfico rasterizado en un tubo, de modo que la parte superior e inferior de la figura se superpongan, verás que las franjas diagonales se conectan para formar una espiral coherente", explica May-Britt Moser. “La espiral representa la actividad de la red a lo largo del tiempo”.

Si gira la espiral 90 grados, verá un anillo. Todas las células de la red tienen su tiempo establecido para dispararse, distribuido por la superficie de este anillo. La señal viaja a través de toda la estructura del anillo antes de regresar a la misma celda.

“Este anillo es una firma de patrones de coordinación en forma de secuencias repetitivas, que es lo que encontramos en el MEC”, dice Soledad Gonzalo Cogno. "Otras áreas del cerebro tienen patrones de coordinación diferentes".

Es posible que tu cerebro ya esté equipado con este anillo antes de que experimentes algo en este mundo. Se adquiere a través de la evolución y puede estar especificado en nuestros genes.

Referencia: Soledad Gonzalo Cogno. May-Britt Moser. Edvard Moser. Minute-scale oscillatory sequences in medial entorhinal cortex.  "Secuencias oscilatorias a escala de minutos en la corteza entorrinal medial ". Naturaleza. Número DOI: 10.1038/s41586-023-06864-1

Fuente: Artículo de Rita Elmkvist Nilsen  para Norwegian SciTech News 

Imagen de Gerd Altmann en Pixabay