Análisis revela actividad cerebral pasada

La nueva investigación se deriva de resultados anteriores, del laboratorio del Prof. Rafi Malach, del Departamento de Neurobiología del Instituto y de otros, que muestran que el cerebro nunca descansa, incluso cuando su dueño lo hace. Cuando una persona está descansando con los ojos cerrados – lo que significa, sin que ningún estímulo visual ingrese a su cerebro - las ráfagas normales de actividad neuronal asociadas con información entrante son sustituidas por patrones ultra lentos. Tales ondas espontáneas o "de reposo" viajan a través de la capa externa del cerebro, la corteza, de una manera altamente organizada y reproducible, y los patrones que crean son complejos, pero periódicos y simétricos.

Al igual que los jeroglíficos, parecía que estos patrones podrían tener algún significado, y la estudiante de investigación Tal Harmelech, bajo la dirección de Malach, y el Dr. Son Preminger, se propusieron descubrir su significado. Su idea era que los patrones de ondas cerebrales de reposo podrían constituir "archivos" de experiencias previas. A medida que agregamos nuevas experiencias, la activación de nuestras redes cerebrales conduce a cambios a largo plazo en la relación entre las células del cerebro, propiedad llamada plasticidad. A medida que nuestras experiencias se incrustan en estas conexiones, crean "expectativas" que entran en juego antes de realizar cualquier tipo de tarea mental, lo que nos permite anticipar el resultado. Los investigadores plantearon la hipótesis de que la información de experiencias previas se incorporaría de esta manera a las conexiones entre las redes neuronales en la corteza, y afectarían los patrones de ondas cerebrales espontaneas.

En el experimento, los investigadores hicieron que voluntarios realicen un ejercicio de entrenamiento que activaría fuertemente una red cerebral específica situada en los lóbulos frontales. Mientras eran sometidos a un análisis de la actividad cerebral a través de imágenes por resonancia magnética funcional (fMRI, por su siglas en inglés) realizadas en el instituto, se pidió a los sujetos que imaginaran una situación en la que tuvieron que tomar decisiones rápidas. Los sujetos recibieron retroalimentación auditiva en tiempo real, basada en la información obtenida directamente de su lóbulo frontal, que indicaba el nivel de actividad neuronal en la red entrenada. Esta estrategia de "neurofeedback" mostró ser muy eficaz en la activación de la red frontal - una parte del cerebro que es notoriamente difícil de activar en condiciones controladas.

Para comprobar si las conexiones creadas en el cerebro durante este ejercicio dejarían huellas en los patrones formados por las ondas cerebrales de reposo, los investigadores realizaron fMRI de los sujetos en reposo antes del ejercicio, inmediatamente después y 24 horas más tarde. Sus hallazgos, que fueron publicados en Journal of Neuroscience, mostraron que la activación de las áreas específicas de la corteza, efectivamente, cambiaron los patrones de ondas cerebrales de reposo. Sorprendentemente, los nuevos patrones no sólo se mantuvieron al día siguiente, sino que fueron significativamente reforzados. Estas observaciones coinciden con los principios del aprendizaje clásico propuesto por Donald Hebb en la mitad del siglo 20, en el que la co-activación de dos neuronas vinculadas cause el fortalecimiento a largo plazo de su enlace, mientras que la actividad que no está coordinada debilita el enlace. Las imágenes de resonancia magnética funcional de las ondas cerebrales en reposo mostraron que las áreas del cerebro que se activaron juntas durante las sesiones de entrenamiento exhibieron un aumento en su vínculo funcional un día después de la formación, mientras que las áreas que fueron desactivadas por el ejercicio mostraron una conectividad funcional debilitada.

Esta investigación implica la existencia de una serie de posibilidades para futuras exploración del cerebro. Por ejemplo, los patrones cerebrales espontáneos podrían ser utilizados como una "herramienta de mapeo" para desenterrar eventos cognitivos del pasado reciente de un individuo. O, en una escala más amplia, los patrones de actividad espontánea de cada persona podrían eventualmente revelar una especie de perfil personal. Poner de relieve las capacidades de cada individuo, las limitaciones, los sesgos, las habilidades de aprendizaje, etc. "Hoy estamos descubriendo más y más principios comunes de la actividad cerebral, pero no hemos sido capaces de describir las diferencias entre las personas", dice Malach. “En el futuro, los patrones cerebrales espontáneos podrían ser la clave para la obtención de perfiles individuales imparciales." Estos perfiles podrían ser especialmente útiles en el diagnóstico o en el estudio de patologías cerebrales asociadas con una amplia gama de discapacidades cognitivas.

 

Los proyectos de investigación del Prof. Rafi Malach son apoyados por el Centro Nella y Leon Benoziyo de Neurociencias; el Centro Nella y Leon Benoziyo de Enfermedades Neurológicas; el Instituto Carl y Micaela Einhorn-Dominic de Investigación Cerebral; el Centro Norman y Helen Asher de Escaneo del Cerebro Humano; el Centro Murray H. y Meyer Grodetsky de Investigación de las Funciones Superiores del Cerebro; el Centro de la Familia Kahn de Sistemas Biológicos de la Célula Humana; los Amigos del Dr. Lou Siminovitch; la Fundación Adelis; y, Mike y Valeria Rosenbloom, a través de la Fundación Mike Rosenbloom. El Prof. Malach es el galardonado del Premio Helen y Martin Kimmel de Investigación Innovadora; y es el titular de la Cátedra Profesional Barbara y Morris L. Levinson de Investigación Cerebral.