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El cerebro "en reposo" puede ser menos "ruidoso" de lo que pensamos
Los neurocientíficos que midieron patrones precisos de actividad eléctrica directamente del cerebro humano descubrieron que las redes que comprenden distintas regiones distantes que actúan en conjunto durante la recuperación de la memoria están activas de la misma manera durante los estados de descanso y sueño.
Nuestros cerebros usan el 20% de nuestra energía, a pesar de que solo representan el 2% de nuestro peso corporal.
Escribiendo en el diario Naturaleza, los investigadores, de la Escuela de Medicina de la Universidad de Stanford, dicen que sus hallazgos apoyan las observaciones indirectas de los estudios de imágenes cerebrales.
Dicen que sus resultados también pueden explicar por qué el cerebro usa mucha de la energía del cuerpo durante períodos en los que parece estar "sin hacer nada", ya que el motor de un automóvil consume gas al ralentí.
Nuestros cerebros son órganos codiciosos; usan el 20% de nuestra energía, a pesar de que representan solo el 2% de nuestro peso corporal.
Igualmente sorprendente es que nuestros cerebros queman combustible, en forma de glucosa, a la misma velocidad en reposo o durmiendo que durante la actividad mental o física.
Otra cosa que desconcierta a los científicos es que cuando está en reposo, el cerebro parece estar muy ocupado sin hacer nada en particular, esencialmente produciendo muchos "ruidos" eléctricos inútiles.
De hecho, este ruido eléctrico está sucediendo todo el tiempo, como explica el autor principal Josef Parvizi, profesor asociado de neurología y ciencias neurológicas:
"Los incrementos en la actividad cerebral durante los pensamientos y acciones conscientes representan solo la punta del iceberg. La gran cantidad de energía que consume nuestro cerebro se debe a su actividad espontánea en todo momento cuando no estamos involucrados conscientemente en una tarea específica".
En los últimos 10 años, utilizando imágenes de resonancia magnética funcional (fMRI) para rastrear el flujo de sangre en el cerebro, una forma indirecta de evaluar la actividad cerebral, los científicos han comenzado a observar patrones específicos en este ruido neuronal.
Con la resonancia magnética funcional, han observado actividad cerebral a medida que los sujetos realizaron diversas tareas, desde resolver problemas matemáticos hasta recordar lo que desayunaron, y notaron que los diferentes tipos de tareas están asociados con patrones específicos de actividad cerebral.
Los patrones revelan que los clústeres en red de regiones cerebrales distintas y dispares trabajan juntos durante tipos particulares de tareas, y los perfiles de imágenes de estos patrones se pueden detectar dentro del ruido espontáneo.
Los estudios de imágenes también han encontrado que algunos de estos patrones específicos de tareas ocurren durante periodos en los que el cerebro está en reposo, o incluso completamente inconsciente, como cuando los sujetos están durmiendo o bajo anestesia.
Sin embargo, los científicos se han reservado juicio sobre esta evidencia de los estudios de imágenes porque son observaciones indirectas de la actividad eléctrica del cerebro, no señalan los circuitos individuales de las neuronas.
Un nuevo estudio es un gran paso adelante porque mide la actividad eléctrica del cerebro directamente
El nuevo estudio es un gran paso adelante porque mide directamente la actividad eléctrica en el cerebro y, a diferencia de la IRMf, puede seguir la actividad a lo largo del tiempo y combinar no solo las características de ubicación de los patrones, sino también cómo varían con el tiempo.
El Prof. Parvizi y sus colegas encontraron patrones de actividad eléctrica cerebral basados ??en la ubicación y el tiempo que ocurren cuando los sujetos están recuperando un recuerdo, también están presentes dentro de su ruido cerebral cuando están dormidos o descansando con los ojos cerrados.
La técnica que utilizaron el Prof. Parvizi y sus colegas se llama electrofisiología intracraneal y les permitió espiar distintas poblaciones de neuronas en el cerebro. Funciona en milímetros y milisegundos, una resolución que es lo suficientemente pequeña como para obtener resultados significativos de un cerebro individual.
Las lecturas de electrofisiología intracraneal solo pueden tomarse durante procedimientos cerebrales invasivos. Para este estudio, el equipo reclutó a tres pacientes con epilepsia, dos mujeres y un hombre, que ya estaban programados para pasar una semana en el Hospital de Stanford sometidos a procedimientos cerebrales invasivos por razones médicas.
Los pacientes pasaron varios días con electrodos implantados en varias partes de sus cerebros, para que los médicos pudieran encontrar el lugar exacto de donde provenían los ataques. Durante este tiempo, se obtuvieron lecturas de electrofisiología intracraneal precisas de regiones clave del cerebro que conforman una red muy importante: la red de modo predeterminado.
Red de modo predeterminado observada durante los modos de tareas, reposo y descanso
La red de modo predeterminado es una red de partes del cerebro ampliamente distribuidas y consume más energía que cualquier otra red. Es más activo cuando estamos en reposo, ya sea con los ojos cerrados o simplemente mirando al vacío. Parece activarse cuando no estamos haciendo nada en particular.
La red de modo predeterminado también está activa cuando recuperamos una memoria autobiográfica; por ejemplo, se activa cuando nos preguntan qué desayunamos.
Sin embargo, la red de modo predeterminado se apaga cuando se nos pide que hagamos una tarea específica, como la aritmética mental.
En trabajos anteriores, el Prof. Parvizi y sus colegas fueron el primer equipo en utilizar la grabación eléctrica directa para confirmar estas características únicas de la red de modo predeterminado.
En este nuevo estudio, el equipo pudo tomar lecturas de la actividad eléctrica en la red de modo predeterminado cuando los sujetos estaban despiertos y realizando tareas, y también cuando descansaban con los ojos cerrados y cuando estaban dormidos.
Encontraron patrones de actividad lentos y a la deriva escondidos en el ruido que producía el cerebro cuando dormían o descansaban, y se correspondían directamente con los patrones producidos cuando se les pedía a los sujetos que recuperaran recuerdos específicos.
Para confirmar que estos patrones reflejan los detectados en los estudios de imágenes, el equipo llevó a cabo exploraciones con resonancia magnética funcional en los mismos sujetos y descubrió que los patrones de actividad eléctrica estaban estrechamente alineados con los patrones de flujo sanguíneo de las imágenes fMRI.
Por qué el cerebro está tan activo durante el sueño y el descanso sigue siendo un misterio
Los autores dicen que si bien sus resultados resuelven una pregunta: que los estudios de imágenes fueron correctos al sugerir que los patrones para el estado de reposo y la recuperación de la memoria eran los mismos, plantean otra pregunta: ¿por qué nuestro cerebro gasta tanto tiempo y energía durante el descanso y el sueño? en esta actividad?
El equipo sugiere que podría ser que el cerebro simplemente se está preparando para la acción futura, verificando los estados de sus relaciones internas y redes para que esté listo cuando despertemos.
Para enfatizar este punto, el Prof. Parvizi dice que debemos tener cuidado al comparar el cerebro con las computadoras, simplemente porque nos referimos a él como una organización de red, no significa que sea como una red en el sentido informático. Él añade:
"El cerebro es mucho más que un montón de unos y ceros".
Los fondos para el estudio provinieron del Programa Stanford NeuroVentures, el Instituto Nacional de Trastornos Neurológicos y Accidentes Cerebrovasculares, la National Science Foundation y el Instituto Nacional de Salud Mental.
En diciembre de 2014, Noticias médicas hoy aprendió cómo los investigadores usaron destellos de luz para 'leer y escribir' señales eléctricas enviadas por neuronas individuales. En el diario Métodos de la naturaleza, el equipo de University College London describe cómo las técnicas de lectura y escritura que desarrollaron les permitieron activar células cerebrales seleccionadas en diferentes patrones y medir cómo responde el circuito.
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