Investigadores del MIT exploran cómo el cerebro organiza grupos de neuronas para tareas cognitivas mediante ondas cerebrales, revelando la teoría de la "computación espacial" que permite flexibilidad en el procesamiento de información.
Los investigadores del MIT han realizado un estudio que arroja luz sobre cómo el cerebro organiza y controla grupos de neuronas para llevar a cabo tareas cognitivas. Esta investigación, llevada a cabo en el Picower Institute for Learning and Memory, se centra en una teoría conocida como “computación espacial”, que sugiere que el cerebro utiliza ondas cerebrales para reclutar y gestionar temporalmente conjuntos de neuronas en la corteza prefrontal.
La flexibilidad cognitiva del cerebro
Nuestros pensamientos están determinados por nuestro conocimiento y planes, pero también pueden adaptarse rápidamente al manejar nueva información. La pregunta clave es: ¿cómo logra el cerebro, compuesto por miles de millones de neuronas y circuitos, mantener un equilibrio entre control y agilidad? Un estudio reciente proporciona evidencia sobre esta cuestión.
Propuesta por el profesor Earl K. Miller en 2023, junto con sus colegas Mikael Lundqvist y Pawel Herman, la teoría explica cómo las neuronas en la corteza prefrontal pueden organizarse dinámicamente en grupos funcionales capaces de realizar el procesamiento necesario para diversas tareas cognitivas. Este enfoque permite que las neuronas participen en múltiples grupos simultáneamente, algo demostrado por años de experimentación.
La esencia de esta teoría radica en que el cerebro forma “fuerzas de tarea” ad hoc utilizando ondas cerebrales de frecuencia alfa y beta (entre 10 y 30 Hz) para enviar señales de control a áreas específicas de la corteza prefrontal. De este modo, las neuronas no necesitan reconfigurarse físicamente cada vez que surge una nueva tarea; en cambio, procesan información siguiendo los patrones impuestos por estas ondas.
El equipo liderado por Zhen Chen llevó a cabo experimentos para poner a prueba cinco predicciones relacionadas con la actividad neuronal y los patrones de ondas cerebrales. Estos experimentos se realizaron mientras los animales realizaban tareas de memoria operativa y categorización. Durante estas pruebas, se presentaron diferentes piezas de información sensorial y reglas a seguir.
Los resultados confirmaron que las ondas alfa y beta representan controles y reglas de tarea, mientras que la actividad neuronal refleja las entradas sensoriales. Al analizar las lecturas obtenidas mediante electrodos implantados en la corteza, se observó que los picos neuronales transportaban información sensorial, mientras que las ondas contenían información sobre las tareas.
En particular, durante una tarea de categorización donde se manipuló intencionadamente el nivel de abstracción, se encontró que cuanto más difícil era la tarea, mayor era la potencia de las ondas alfa/beta. Esto refuerza la idea de que dichas ondas son fundamentales para establecer las reglas necesarias para completar una tarea.
Las predicciones adicionales también fueron corroboradas: se observaron patrones espaciales distintos en la potencia de las ondas cerebrales; donde esta era alta, la información sensorial representada por los picos neuronales disminuía. Además, se evidenció una correlación significativa entre la potencia y temporización de estas ondas con el rendimiento del animal durante las pruebas.
Aunque este estudio se realizó con animales, los investigadores notaron similitudes con hallazgos previos en humanos. Investigaciones utilizando EEG no invasivo han mostrado que los humanos emplean oscilaciones alfa para inhibir áreas irrelevantes bajo control superior. Miller considera estos resultados prometedores pero reconoce que aún es necesario obtener más evidencia.
El estudio fue financiado por varias instituciones, incluyendo la Oficina del Departamento Naval de EE.UU., The Freedom Together Foundation y el Picower Institute for Learning and Memory.