Un estudio revela cómo las células cerebrales calculan el flujo del tiempo

Un estudio dirigido por UCLA Health (Estados Unidos) ha comenzado a desentrañar uno de los misterios fundamentales de la neurociencia: cómo el cerebro humano codifica y da sentido al flujo del tiempo y las experiencias. El estudio, publicado en la revista Nature, registró directamente la actividad de neuronas individuales en humanos y descubrió que tipos específicos de células cerebrales se activan de manera que reflejan en gran medida el orden y la estructura de la experiencia de una persona.

Los investigadores hallaron que el cerebro conserva estos patrones de activación únicos una vez concluida la experiencia y puede reproducirlos rápidamente mientras está en reposo. Además, el cerebro utiliza estos patrones aprendidos para prepararse ante estímulos futuros. Estos hallazgos proporcionan la primera evidencia empírica sobre cómo las células cerebrales específicas integran la información de "qué" y "cuándo" para extraer y retener representaciones de experiencias a lo largo del tiempo.

El autor principal del estudio, el doctor Itzhak Fried, comentó que los resultados podrían ser útiles en el desarrollo de dispositivos neuroprotésicos para mejorar la memoria y otras funciones cognitivas. También podrían tener implicaciones en la comprensión de la inteligencia artificial en relación con la cognición humana. "Reconocer patrones a partir de experiencias vividas a lo largo del tiempo es crucial para que el cerebro humano forme recuerdos, prediga posibles resultados futuros y guíe el comportamiento", destacó Fried, director de cirugía de epilepsia en UCLA Health y profesor de neurocirugía, psiquiatría y ciencias bioconductuales en la Facultad de Medicina David Geffen de UCLA. "Hasta ahora, se desconocía cómo se lleva a cabo este proceso en el cerebro a nivel celular".

Investigaciones anteriores, incluidas las del doctor Fried, utilizaron grabaciones cerebrales y técnicas de neuroimagen para comprender cómo el cerebro procesa la navegación espacial. Demostraron, en modelos animales y humanos, que dos regiones del cerebro (el hipocampo y la corteza entorrinal) desempeñan papeles clave. Ambas regiones, importantes para las funciones de la memoria, trabajan en conjunto para crear un "mapa cognitivo".

Las neuronas del hipocampo actúan como "células de lugar", que indican cuándo un animal se encuentra en un lugar específico, similar a una "X" en un mapa. Las neuronas entorrinales, por otro lado, funcionan como "células de cuadrícula", proporcionando una métrica de la distancia espacial. Estas células, descubiertas inicialmente en roedores, fueron halladas más tarde en humanos por el grupo de Fried.

Estudios posteriores han revelado que acciones neuronales similares representan experiencias no espaciales, como el tiempo, la frecuencia del sonido y las características de los objetos. Un hallazgo clave de Fried y sus colegas fue la identificación de las "células conceptuales" en el hipocampo y la corteza entorrinal humanos, que responden a individuos, lugares u objetos específicos, siendo fundamentales para nuestra capacidad de memorizar.

Para examinar el procesamiento cerebral de los eventos en el tiempo, el estudio de UCLA reclutó a 17 participantes con epilepsia intratable, a quienes previamente se les habían implantado electrodos profundos en el cerebro como parte de su tratamiento clínico. Los investigadores registraron la actividad neuronal de los participantes mientras realizaban tareas complejas que involucraban el reconocimiento de patrones y la secuenciación de imágenes.

En una fase inicial de selección, se mostraron a los participantes aproximadamente 120 imágenes de personas, animales, objetos y lugares en una computadora durante unos 40 minutos. Se les pidió que realizaran varias tareas, como determinar si la imagen mostraba a una persona o no. Las imágenes, que incluían actores famosos, músicos y lugares de interés, fueron seleccionadas en parte según las preferencias de cada participante.

Luego, los participantes completaron un experimento de tres fases en el que debían realizar tareas de comportamiento en respuesta a imágenes mostradas arbitrariamente en diferentes ubicaciones de un gráfico con forma de pirámide. Se seleccionaron seis imágenes para cada participante.

En la primera fase, las imágenes se mostraron en un orden pseudoaleatorio. En la segunda fase, el orden de las imágenes se determinó según su ubicación en el gráfico piramidal. La fase final fue idéntica a la primera. Durante la observación de las imágenes, se pidió a los participantes que realizaran tareas de comportamiento, como determinar si la imagen mostraba a un hombre o una mujer o si una imagen dada estaba reflejada en comparación con la fase anterior.

Los análisis de Fried y su equipo revelaron que las neuronas hipocampales y entorrinales gradualmente comenzaron a alinearse estrechamente con la secuencia de imágenes en los gráficos piramidales. Estos patrones se formaron de manera natural y sin instrucciones directas a los participantes. Además, los patrones neuronales reflejaban la probabilidad de estímulos futuros y permanecían codificados incluso después de completada la tarea.

"Este estudio nos muestra por primera vez cómo el cerebro utiliza mecanismos análogos para representar tipos de información aparentemente muy diferentes: el espacio y el tiempo", concluyó Fried. "Hemos demostrado a nivel neuronal cómo estas representaciones de trayectorias de objetos en el tiempo son integradas por el sistema hipocampo-entorinal humano".

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