El Sistema Nervioso de los animales está conformado por una red sumamente extensa e intrincada de neuronas, alcanzando la cifra de ¡mil 13 neuronas! Más aún, la mayoría se ubica dentro de estructuras (p. ej. los hemisferios cerebrales) o núcleos que, simultáneamente, forman parte de varias redes con funciones diferentes. Todas estas consideraciones han llevado a los científicos, a lo largo de los años, ha plantearse una gran pregunta: ¿Cómo es que las neuronas pueden interpretar, resolver y comunicar a otras células los distintos estímulos que las pueden excitar, sin crear un inmenso “teléfono descompuesto” de mensajes? El problema no es minúsculo, pues solamente disponen de una respuesta para todo: el potencial de acción. Hasta el momento, se han descrito en detalle tres códigos de comunicación usados por las neuronas: 1) el código de frecuencia, 2) el código temporal, y 3) el código de sincronía entre pares de neuronas, o código poblacional. El primer código establece que los potenciales de acción son eventos unitarios, y que es la frecuencia de los eventos lo que sienta la base de la mayoría de la comunicación interneuronal. El segundo código sostiene que hay un “compás” preciso de disparo de los potenciales de acción, lo que proporciona información adicional que discrimina “mensajes” que poseen la misma frecuencia. El tercer código enuncia que cada neurona dentro de una red cubre una distribución de respuestas acerca de un conjunto particular de estímulos, de modo que las respuestas de muchas neuronas se pueden combinar para determinar ciertas características acerca de los estímulos.
Imagen que combina una figura extraída de Fabre-Thorpe M., Delorme A., Marlot C., Thorpe S. (2001) A Limit to the Speed of Processing in Ultra-Rapid Visual Categorization of Novel Natural Scenes. Journal of Cognitive Neuroscience, 13 (2): 171-180.
Cambiando aparentemente de tema, la propagación de ondas electroencefalográficas (EEG), fenómeno conocido como “ondas viajeras”, en el sistema nervioso es un área de investigación interesante y poco explorada, pues sus mecanismos y bases neurobiológicas permanecen desconocidas desde su descubrimiento, en 1947, por W. Pitts y W. McCulloch. ¿Y por qué es importante estudiar este tema? ¡Porque las ondas de potencial eléctrico generadas por grupos de neuronas podrían representar un nuevo código neuronal, con un papel fisiológico! A estas alturas del partido ustedes seguramente estarán preguntándose ¿y qué evidencias existen para apoyar esta idea? Pues déjenme contarles un poco más. Desde la década de 1950 diversos investigadores, alrededor de todo el mundo, han reportado de forma casi puramente cualitativa la presencia de diversas ondas viajeras en distintos sitios del Sistema Nervioso Central. En 2007 investigadores mexicanos propusimos una descripción fenomenológica de la propagación de ondas de potencial eléctrico a través de un nuevo método (basado en el algoritmo del centro de masa de un cuerpo) para cuantificar los patrones de las trayectorias de las ondas viajeras alfa EEG además de su velocidad de propagación (Manjarrez y cols., 2007). Con base en esta nueva metodología, se han continuado las pesquisas acerca del fenómeno, demostrando su existencia no sólo en el encéfalo humano sino incluso a nivel de la médula espinal del gato. Pero, ¿por qué decimos que las ondas viajeras también podrían representar un código neuronal con un papel fisiológico? En favor de ello les presentaré los siguientes hechos: 1) En experimentos realizados en humanos, se ha registrado la propagación de ondas de potencial eléctrico asociadas con el sistema visual, producidas por un estímulo puramente sensorial (sin sentido cognoscitivo), y se obtuvo que estas ondas carecían de un patrón de desplazamiento, quedando circunscritas a la zonas cerebrales encargadas del procesamiento visual más básico; 2) Trabajando también en humanos, hasta 2009 no había reportes sobre la presencia de dicho fenómeno en el contexto de los potenciales eléctricos asociados con procesos cognoscitivos (PREc). En un intento de explicación, he de decir que estos potenciales constituyen un tipo particular de actividad eléctrica cerebral que puede registrarse, y que resulta de la “puesta en marcha” de uno o varios procesos cognoscitivos (o sea un conjunto de procesos y habilidades mentales de los humanos que nos ‘distinguen’ de las otras especies animales, y que influyen en el aprendizaje.
Estos procesos se pueden dividir en dos tipos: 1) básicos, donde se distinguen la atención, la memoria y la percepción, y 2) superiores, que engloban a la inteligencia, la creatividad, la reflexión y el razonamiento). Ahora bien, los PREc son muchos y muy complejos, pues mientras unos reflejan casi exclusivamente el uso de un proceso/subproceso particular (p. ej. la memoria), otros ponen de manifiesto la utilización de varios procesos de forma simultánea (p. ej. la memoria, el lenguaje y la toma de decisiones). Entre los PREc que hemos estudiado están los provocados por tareas de categorización, de expectación y de preparación para la acción motora (mediante la prueba de Halstead-Reitan, la variación negativa contingente y el potencial de preparación, respectivamente). En este caso, hemos observado que las ondas viajeras están asociadas con un patrón de propagación fronto-occipital, a lo largo de la línea media del encéfalo, iniciando siempre en la región más frontal del mismo. Más aún, este patrón se hace más marcado (y se restringe a recorrer varias zonas bien delimitadas) cuando la persona ejecuta de forma correcta la tarea encomendada, en comparación al “barrido” de las ondas que se registra cuando las pruebas se ejecutan con un moderado grado de error. Además probamos que las trayectorias de propagación de los PREc son alteradas por la presencia de un distractor (visual o auditivo), que se reflejan como cambios en su dirección de propagación o bien como cambios en las áreas del cuero cabelludo barridas durante la excursión del potencial. Estos resultados sugieren que la propagación de ondas de potencial eléctrico en el cuero cabelludo del humano, durante tareas cognoscitivas, podría estar asociada a la actividad eléctrica secuencial de neuronas ubicadas en estructuras frontales del encéfalo tales como la corteza prefrontal (la cual se activa durante tareas de categorización), además de estructuras mediales como la corteza del cíngulo (que se activa durante tareas que involucran procesos de atención); 3) En experimentos realizados en gatos, se ha registrado la propagación de ondas de potencial eléctrico asociadas a un movimiento rítmico (el rascado), en la médula espinal. En conclusión, todos estos trabajos nos sugieren que la propagación de ondas dentro del sistema nervioso central está asociada con procesos fisiológicos, y que las ondas viajeras podrían representar la activación eléctrica secuenciada y selectiva de grupos de neuronas. Dejaré mi relato hasta aquí, y me despido reflexionando que no cabe duda que el estudio del cerebro es una de las áreas más apasionantes y llena de retos a las que podemos dedicarnos.
Referencias
Pitts, W., McCulloch, W.S., (1947). How we know universals. The perception of auditory and visual forms. Bull. Math. Biophys. 9: 127–147.
Manjarrez E., Vázquez M., Flores A. (2007). Computing the center of mass for traveling alpha waves in the human brain. Brain Research 1145: 239-297.
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