Durante el procesamiento sensoriomotor en el cerebro, las neuronas son constantemente bombardeadas con información de otras neuronas. Cuando usamos nuestros ojos para interactuar con nuestro entorno, miles de ellas se comunican entre sí para dar sentido a toda la información que llega y reaccionar ante ella: si alguien te lanza una pelota, tus ojos siguen la pelota y una cadena de comunicación de neuronas informa a tu mano dónde debe moverse para atraparla. Pero cómo estas neuronas se comunican entre ver y actuar es una consideración compleja e importante, sujeto de estudio en neurociencia.
Una nueva investigación dirigida por el Laboratorio de Integración Cognitiva y Sensoriomotora de la Escuela de Ingeniería Swanson de la Universidad de Pittsburgh, ha descubierto cómo las neuronas codifican y decodifican esa información y diferencian entre señales motoras y sensoriales.
«Descubrimos que es como si los grupos de neuronas codificaran la misma información en un ‘idioma’ para enviar mensajes sobre la sensación y en otro ‘lenguaje’ para enviar información sobre el movimiento»
«Queríamos descubrir cómo un decodificador sabe exactamente cuándo iniciar un movimiento si también recibe señales cuando no se desea un movimiento«, recuerda Uday K. Jagadisan, autor principal y exestudiante graduado en el Laboratorio de Integración Cognitiva y Sensoriomotora. «No sólo pudimos descubrir un patrón temporal confiable en la actividad de las neuronas que estaba ligado al movimiento, sino que también pudimos replicarlo con microestimulación«.
Los investigadores estudiaron cómo ocurre la decodificación cuando las señales conducen al movimiento, tratando de diferenciarlo de cómo se codifica la información durante el procesamiento visual. En otras palabras, si las neuronas reciben señales tanto sensoriales como motoras, ¿cómo las diferencian? ¿Cómo sabe el cerebro cuándo hacer que el cuerpo se mueva?
Los grupos receptores
«Los mismos grupos de neuronas pueden comunicar información sobre sensaciones y movimiento, y el cerebro sabe qué tipo señal es cada una. Descubrimos que es como si los grupos de neuronas codificaran la misma información en un ‘idioma’ para enviar mensajes sobre la sensación y en otro ‘lenguaje’ para enviar información sobre el movimiento«, explica Neeraj Gandhi, profesor de bioingeniería que dirige el Laboratorio de Integración Cognitiva y Sensoriomotora en Pitt. «Los grupos receptores de neuronas sólo actúan en uno de los idiomas, esa es la clave«.
La investigación es la primera tanto en identificar el proceso de codificación y decodificación, como en verificar los hallazgos mediante microestimulación. Los investigadores pudieron repetir el patrón de actividad neuronal en cerebros de primates no humanos y provocar la reacción motora deseada.
Neuroprótesis
Este descubrimiento es vital para aplicaciones como interfaces cerebro-ordenador y neuroprótesis. Estos sistemas artificiales pueden ayudar a las personas que han sufrido lesiones cerebrales u otros trastornos que afectan los procesos motores o sensoriales. Pero para que funcionen de manera confiable, necesitan decodificar la actividad cerebral y comprender las intenciones detrás de los patrones de actividad.
«Para las neuroprótesis, esta investigación podría crear una forma de frenar e inhibir la respuesta cuando no se necesita, y liberarla cuando realmente se necesita, todo basado en la comunicación entre neuronas«, incide Jagadisan. «La tecnología actual sólo entrega un pulso cada pocos milisegundos. Si se tiene la capacidad de controlar el momento en que se entrega cada pulso, se puede seleccionar la microestimulación con patrón para lograr el efecto que se desea«.
El artículo fue publicado en la revista Current Biology.
