En los últimos años, ha habido un interés creciente por algo llamado "resonancia magnética funcional en estado de reposo", una técnica para ver qué está haciendo tu cerebro cuando no estás haciendo absolutamente nada. Resulta que los cerebros en reposo son bastante inquietos y consumen mucha más energía que cuando lo hacen . Más interesante, la actividad de "reposo" no es aleatoria, sino altamente coherente, consistente y predecible. El descubrimiento del comportamiento de reposo característico del cerebro condujo hace algunos años a la postulación de una "red predeterminada" para el cerebro, un conjunto de regiones que cooperan constantemente para lograrlo. . . bueno, qué, exactamente, no sabemos. Pero seguramente debe ser algo interesante. Su cerebro difícilmente desperdiciaría toda esa energía bailando al ritmo de su batería interna si no hubiera alguna razón para ello, ¿no?
Nuestra ignorancia con respecto a la función de toda esa fluctuación no es por falta de intentos. El descubrimiento de la red predeterminada del cerebro ha llevado a cientos de estudios que relacionan la red predeterminada con la estructura anatómica del cerebro, así como con trastornos del estado de ánimo como la depresión, problemas de desarrollo como el autismo y enfermedades degenerativas como el Alzheimer. Incluso se ha sugerido que la actividad de reposo del estado tiene la clave (señal de voz profunda y efecto de eco) para comprender la conciencia misma . Ahora, cuando los neurocientíficos comienzan a blandir la palabra C, hay dos reacciones predecibles: mayor interés y atención del público; y un mayor escrutinio y crítica científica. Ambos han sucedido aquí, generando un cuadro de seguidores entusiastas, y un grupo de críticos igualmente comprometidos, que se preguntan si deberíamos seguir desperdiciando nuestra energía averiguando por qué el cerebro parece estar desperdiciando su energía. O, como me dijo recientemente un prominente neurocientífico, "es solo una moda pasajera". Yo como que lo odio ".
Las alusiones hiperbólicas para descifrar el misterio de la conciencia con excepción, no creo que nadie deba odiarlo. Pero ver por qué deberíamos preocuparnos por la actividad intrínseca del cerebro requiere que pensemos en la función cerebral de una forma nueva y desconocida.
El cerebro es, en esencia, una colección de osciladores: miles de millones de yoyos biológicos que van y vienen interminablemente. La carga eléctrica en las neuronas individuales aumenta y disminuye; al igual que las concentraciones locales de neurotransmisores como la dopamina y la serotonina, la cantidad de oxígeno en el suministro de sangre local y el campo eléctrico general del cerebro (creando las ondas cerebrales que se pueden ver con un EEG). Cada una de estas oscilaciones tiene un ritmo diferente para diferentes circunstancias, como las rápidas ondas "beta" que se ven en el cerebro de trabajo alerta, y las ondas "delta" mucho más lentas de sueño sin sueños. Estos ritmos interactúan de varias maneras, desde el balanceo compartido de una danza lenta, hasta los contrapesos altibajos de dos niños en un subibaja, hasta el complejo y sincopado juego de una banda de jazz. Y al igual que todos los péndulos, cada uno de los diversos osciladores del cerebro también tiene su oscilación preferida, una forma en que se moverá si se deja en sus propios dispositivos. La combinación de todas estas oscilaciones individuales, periódicas y preferidas es el estado de reposo del cerebro.
Lo cual nos lleva a la primera razón para preocuparnos por la actividad intrínseca: lo que típicamente pensamos como función cerebral -ver, pensar, decidir, actuar- es en realidad una alteración , una alteración de las armonías naturales del cerebro. Cuando pensamos en la función cerebral, entonces, no es suficiente preguntar "¿por qué esta actividad?", También debemos preguntar "¿por qué este cambio ?" ¿Por qué esta entrada (perceptual, conductual, eléctrica, química) causa esta desviación exacta? Si queremos comprender las sensibilidades particulares del cerebro, necesitamos saber no solo que una parte de él reacciona a algún estímulo o tarea, sino cuánto reacciona y qué más reacciona (e interactúa) con él. La fMRI en estado de reposo es un método para determinar el contexto en el que se deben medir dichos cambios.
De manera similar, al igual que en la música, ninguna nota tiene significado en forma aislada, por lo que también la actividad local del cerebro solo puede comprenderse completamente cuando se establece en su contexto. Considere a este respecto las células de los lugares del hipocampo, esas neuronas famosas por disparar cada vez que un animal se encuentra en algún lugar del mundo. El aparente mapeo uno a uno entre las células del hipocampo y las ubicaciones ambientales ha llevado a su función a ser entendida en términos de representación de ubicación simple, como si cada célula estuviera diseñada para decir: "usted está aquí". Pero estas células han estado en el noticias últimamente debido al descubrimiento de que también se activan secuencialmente antes de la exploración espacial novedosa, lo que indica que su función no es tan simple, y subraya el punto anterior que para comprender la actividad del cerebro ahora también se debe considerar cuál fue su actividad y será . [Dragoi, G. y Tonegawa, S. (2011). Reproducción previa de secuencias de células placentarias futuras mediante ensamblajes celulares del hipocampo Nature , 469: 7330 (397-401).]
Además, y más en el punto actual, estas células disparan no solo cuando un animal está en un lugar determinado, sino justo antes, y justo después, también. Curiosamente, las diferencias entre el encendido concurrente (la señal de "usted está aquí"), el disparo prospectivo (señalización antes de estar en un lugar) y el disparo retrospectivo (señalización después de que el animal ha salido de un lugar) no está marcado por ninguna diferencia en la actividad de la neurona misma, pero más bien por su relación con la oscilación de theta-banda de fondo (~ 6-10 Hz) de todo el Hipocampo. En su papel retrospectivo, la célula se dispara antes, y en su función prospectiva más adelante, en el ciclo theta que cuando el animal está realmente en el lugar en cuestión. [Buckner, RL (2010). El papel del hipocampo en la predicción y la imaginación. Annual Review of Psychology , 61: 27-48.]
Coloca los fuegos de la celda B en diferentes momentos en relación con la onda theta de fondo a medida que la rata se mueve de las ubicaciones A a C
Figura: coloque los fuegos de la celda B en diferentes momentos con respecto a la onda theta de fondo mientras la rata se mueve de los lugares A a C. Reimpreso de Buckner (2010) con el permiso del autor.
En otras palabras, lo que significa la actividad de esa célula -lo que realmente está señalando- depende de cómo se relacione esa actividad con las oscilaciones de fondo en curso.
Por lo tanto, comprender el estado de reposo es importante porque llama nuestra atención sobre el contexto siempre presente dentro del cual la función necesita ser medida y el significado evaluado. En el cerebro dinámico, la actividad local es siempre un cambio de lo que estaba sucediendo antes, y ocurre en relación con todas las otras cosas que están sucediendo ahora.
Es difícil pensar en el cerebro de esta manera, especialmente dada la continua influencia de la metáfora de la computadora para el cerebro, y del enfoque en la localización (visión aquí, lenguaje por allá, control motor en este bit) que hemos heredado de un anterior edad de investigación neurocientífica. En una computadora, lo que importa es la naturaleza del procesamiento local, qué está sucediendo en este chip en este momento. Los procesos de fondo son irrelevantes para el proceso de interés, por lo que pueden aislarse y estudiarse de forma segura como tales. Pero el cerebro no es ese tipo de máquina: el fondo no es irrelevante, y las relaciones entre las oscilaciones hacen mucho del trabajo funcional.
Esto nos deja con muchas ideas por hacer. ¿Qué significa que la función cerebral se defina no solo por las características intrínsecas de la actividad neuronal de soporte, sino también por la desviación que representa de un defecto? ¿Puede el cambio de un equilibrio dinámico a otro ser un evento funcional? ¿Cómo es posible que una máquina trabaje no con oscilaciones sino con relaciones entre ellas? Estamos muy lejos de responder estas preguntas, pero hemos tenido algunos comienzos prometedores. Un desarrollo teórico de particular interés se llama computación de estado líquido, un intento de comprender cómo el procesamiento de la información puede llevarse a cabo mediante osciladores acoplados de forma diversa que responden a las entradas de la misma forma que un estanque a una piedra. Dedicaré una publicación futura a explicar cómo la función cerebral puede surgir de tales ondas interactuantes en el éter neuronal. Por ahora, sin embargo, el punto importante es este: medir, caracterizar y reflexionar sobre la dinámica de reposo del cerebro son importantes primeros pasos hacia la comprensión de la dinámica funcional del cerebro, en términos mucho más apropiados para la realidad biológica que los electrones que zumban en forma aislada procesadores de silicio.
(Crédito de imagen de la música y el cerebro: ScriptPhD.com)
