¿Tiene ritmo el cerebro?

El primer estudio en profundidad que muestra cómo los ritmos controlan la comunicación entre regiones del cerebro

Al igual que un combo de jazz, el cerebro humano improvisa, mientras que su sección rítmica mantiene un ritmo constante. Pero cuando se trata de asumir tareas intelectualmente desafiantes, los grupos de neuronas se sintonizan entre sí durante una fracción de segundo y se armonizan para, a continuación, volver a improvisar, según un nuevo estudio dirigido por la Universidad de Berkeley.

Un ejemplo de la instantánea que muestra cómo las regiones anterior (azul)
 y posterior (naranja) de la corteza frontal se sincronizan para comunicarse
 de una a otra información cognitiva (Imagen: Bradley Voytek)




Estos hallazgos, publicados  en la revista Nature Neuroscience, podrían allanar el camino para encontrar tratamientos más específicos para las personas con trastornos cerebrales marcados por ondas cerebrales rápidas, lentas, o caóticas (oscilaciones neurales) - tales como las observadas en la enfermedad de Parkinson, la esquizofrenia y el autismo, que se caracterizan en parte por ritmos cerebrales fuera de lo común.

Mantener el ritmo

"El cerebro humano tiene alrededor de 86 mil millones de neuronas todas tratando de hablar unas con otras en esta sopa electroquímica  increíblemente sucia y ruidosa ", expuso el autor principal del estudio Bradley Voytek. "Nuestros resultados ayudan a explicar el mecanismo de cómo las redes neuronales se unen y se separan rápidamente según sea necesario."

Trabajando con pacientes con epilepsia cognitivamente sanos, Voytek y su compañera de investigación en el Instituto de Neurociencia de la Universidad de Berkeley, Helen Wills, utilizaron la electrocorticografía (ECoG) - que coloca electrodos directamente sobre una superficie expuesta del cerebro - para medir las oscilaciones neuronales cuando los pacientes realizaban tareas cognitivamente desafiantes. Esto demostró cómo los ritmos controlan la comunicación entre regiones del cerebro.

Encontraron que, a medida que los ejercicios mentales se hacían más exigentes, las ondas Theta a 4-8 Hertz (ciclos por segundo) se sincronizaban dentro del lóbulo frontal del cerebro, lo que permitía  que se conectaran con sub-regiones del cerebro, como la corteza motora.

"En estos breves momentos de sincronización, se establece una  comunicación rápida de las neuronas entre regiones cerebrales bloqueadas en estas frecuencias, y este compás es fundamental en una variedad de trastornos", dijo Voytek, profesor asistente de ciencias cognitivas en la Universidad de  San Diego que llevó a cabo el estudio como becario postdoctoral en neurociencia en la Universidad de Berkeley.

Hay cinco tipos de frecuencias de ondas cerebrales - Gamma, Beta, Alfa, Theta y Delta - y cada uno se cree que desempeña un papel diferente. Por ejemplo, las ondas Theta ayudan a coordinar las neuronas a medida que nos movemos en nuestro entorno, y por lo tanto son  claves para el procesamiento de la información espacial.

Sin tempo

En las personas con autismo, la conexión entre las ondas Alfa y la actividad neuronal aparece debilitada cuando procesan imágenes emocionales, según Voytek. Y las personas con la enfermedad de Parkinson muestran ondas Beta anormalmente fuertes en la corteza motora, bloqueando las neuronas en la rutina incorrecta e inhibiendo el movimiento. Afortunadamente, la estimulación eléctrica cerebral profunda puede interrumpir las ondas beta anormalmente fuertes producidas en el Parkinson y aliviar los síntomas.

Para el estudio, a los pacientes con epilepsia se les mostraron formas de complejidad creciente en una pantalla de ordenador y se les pidió  usar diferentes dedos (índice o medio) para pulsar un botón en función de la forma, el color o la textura de la forma mostrada. El ejercicio comenzó simplemente con los participantes pulsando el botón con, por ejemplo, el dedo índice cada vez que un cuadrado aparecía en la pantalla. Pero se volvió cada vez más difícil, ya que las formas se mostraron con más variación de colores y texturas, y sus dedos tenían que mantener el ritmo.

Cuando las tareas se hicieron más exigentes, las oscilaciones se mantuvieron, coordinando más partes del lóbulo frontal y sincronizando la información que pasaba entre esas regiones del cerebro. "Los resultados revelaron una delicada coordinación en el código del cerebro", según Voytek. "Nuestra orquesta neuronal puede no necesitar ningún director, sino únicamente un barrido de ondas cerebrales que excite brevemente las neuronas, al igual que millones de asistentes en un estadio realizando 'La Ola".

Esta investigaciones abren un campo necesario para abordar, tanto el conocimiento de nuestro funcionamiento cerebral, como el abordaje de tratamientos para ciertas enfermedades neuronales que actualmente no encuentran una terapia eficaz.


Basado en: 
http://www.nature.com/neuro/journal/v18/n9/full/nn.4071.html