Percepción sensorial: resultado de una compleja red neuronal

El estudio ha sido publicado el 25 de marzo en PNAS por Adrià Tauste y Gustavo Deco del CBC de la UPF

Las interacciones entre el tálamo y la corteza cerebral influencian la decisión sobre las percepciones sensoriales

 

Cuando recibimos un estímulo, la información sensorial se transmite por los nervios aferentes al tálamo y éste, como si fuera un repetidor, reenvía la información a la corteza sensorial para procesarla y percibir conscientemente el estímulo. Pero esta información, ¿viaja en el sentido único tálamo-corteza? Y este ‘viaje’, ¿determina la posterior percepción consciente de este estímulo?

 

UPF / Para responder a estas preguntas, un estudio, llevado a cabo entre el Centro de Cognición y Cerebro (CBC) del Departamento de Tecnologías de la Información y las Comunicaciones (DTIC) de la UPF, y el grupo de Neurofisiología Celular de la Universidad Autónoma de México, ha logrado determinar la influencia que las interacciones funcionales entre las neuronas del tálamo y la corteza sensorial tienen en la percepción sensorial de estímulos táctiles. Los autores lo han publicado el 25 de marzo en los Proceedings of the National Academy of Sciences.

 

Registros simultáneos de neuronas y estímulos vibrotáctiles

Para la fase experimental del estudio, los investigadores registraron la actividad neuronal de dos monos en un mismo campo receptor del núcleo ventral posterior del tálamo y del área somatosensorial primaria de forma simultánea, mientras estos realizaban una tarea de detección vibrotáctil.

Los investigadores han utilizado 84 pares simultáneos de neuronas y más 10.000 ensayos

Esta tarea consistía en la presentación aleatoria de ensayos en los que el animal recibía una vibración táctil de intensidad variable en la mano y ensayos sin vibración. Al final de cada ensayo, el animal debía indicar la presencia o ausencia del estímulo pulsando un botón. Para disociar los fenómenos de representación sensorial y de decisión, los registros se repetían durante una tarea control, en el que los monos recibían el mismo patrón de estimulación, pero no debían indicar su decisión.

Durante estos paradigmas, los investigadores han utilizado 84 pares simultáneos de neuronas y más 10.000 ensayos para estimar las interdependencias direccionales que se establecen entre la actividad de las neuronas (trenes de potencial de acción) de cada área en cada ensayo individual y como estas interdependencias se relacionan con parámetros experimentales como la amplitud del estímulo y la respuesta del mono.

 

“Feedforward” y “feedback” entre el tálamo y la corteza

Los resultados obtenidos muestran que durante la recepción del estímulo, el nivel de interacciones neuronales en la dirección tálamo-corteza (“feedforward”) aumenta significativamente, mientras que esto no sucede en la dirección opuesta ( “feedback”). Además, los autores muestran que el nivel de interacciones “feedforward” están estadísticamente asociadas al contexto de la tarea y a la percepción precisa de aquellos estímulos que se encuentran en el umbral de detección del sujeto”.

Los autores muestran que el nivel de interacciones “feedforward” están estadísticamente asociadas al contexto de la tarea

Como dice el primer autor del trabajo, Adrià Tauste, “hasta ahora se conocía que estas dos áreas (tálamo y área somatosensorial primaria) eran esencialmente sensoriales en cuanto a que su actividad neuronal representaba información sobre los estímulos, independientemente de si después eran detectados por el sujeto o no. Ahora sabemos que las conexiones funcionales que establecen las neuronas de cada área en el sentido tálamo-corteza pueden determinar también la decisión que toma el mono sobre la existencia del estímulo táctil recibido”.

 

La necesidad de detectar un estímulo existente sincroniza el tálamo y la corteza

Además, los autores han identificado un segundo tipo de interacciones cognitivamente relevantes, que expresan la sincronización simultánea (no retardada) de las dos áreas sensoriales, y que sólo se manifiestan cuando aparece el estímulo y este debe ser procesado por decidirse su existencia.

En este sentido, los autores Adrià Tauste y Gustavo Deco añaden: “estas interacciones pueden reflejar la participación necesaria de terceras áreas corticales ejerciendo una influencia” top-down “en las dos áreas del estudio, lo que muestra que la percepción sensorial es el resultado de una compleja red neuronal desde que la información sensorial llega al cerebro”.

Referencia bibliográfica: 
Tauste Campo A, Vázquez Y, Álvarez M, Zainos A, Rossi-Pool R, Deco G, Romo R, “Feedforward information and cero-lag Synchronization in the sensory thalamo-cortical circuito are modulated during stimulus percepción“, Proceedings of the National Academy of Sciences, 25 de marzo. https://doi.org/10.1073/pnas.1819095116

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