Científicos del MIT descubren cómo el cerebro recupera el enfoque tras distracciones

El cerebro humano, al igual que su capacidad para distraerse, posee una notable habilidad para recuperar el enfoque. Investigadores del Instituto Picower del MIT revelaron cómo este proceso puede llevarse a cabo. En un nuevo estudio con animales, encontraron que la actividad neural sincronizada, que se manifiesta como una onda rotativa en el cerebro, ayuda a guiar el pensamiento de vuelta a la tarea en cuestión.

El autor principal del estudio, Earl K. Miller, profesor del Instituto Picower y del Departamento de Ciencias del Cerebro y Cognitivas del MIT, explicó: "Las ondas rotativas actúan como pastores que dirigen la corteza de regreso al camino computacional correcto".

El trabajo, liderado por Tamal Batabyal, un investigador postdoctoral en el Instituto Picower, fue publicado el 3 de noviembre en el Journal of Cognitive Neuroscience.

Rotaciones matemáticas...

Durante los experimentos, los animales realizaron una tarea de memoria visual mientras se enfrentaban ocasionalmente a uno de dos tipos de distracciones. Como era de esperar, estas distracciones interrumpieron el rendimiento, a veces provocando errores o tiempos de reacción más lentos. Durante la tarea, los científicos monitorearon las señales eléctricas de cientos de neuronas en la corteza prefrontal, la región del cerebro involucrada en la toma de decisiones y el pensamiento complejo.

Para comprender cómo esta actividad neural cambió con el tiempo y en diferentes condiciones (con y sin distracción, y durante rendimientos precisos o imprecisos), el equipo utilizó un método matemático llamado codificación de subespacio. Esta técnica visualiza cómo grupos de neuronas coordinan su actividad, revelando patrones de organización.

"Como estorninos murmurando en el cielo", comentó Miller.

Después de cada distracción, los investigadores observaron un patrón rotativo dentro del subespacio, como si esos "estorninos" volvieran a formarse después de haber sido dispersados. Según Miller, este movimiento circular representó la recuperación del estado coordinado del cerebro tras la interrupción.

El grado de rotación incluso predijo el rendimiento en la tarea. Cuando la distracción no causó un error, la actividad neural formó un círculo completo, señalando una recuperación total. Sin embargo, cuando la distracción interrumpió el rendimiento, el círculo permaneció incompleto (en promedio, 30 grados) y las rotaciones se movieron más lentamente. Ese ritmo más lento probablemente reflejó la incapacidad del cerebro para recuperar completamente el enfoque.

Otra observación fue que la recuperación mejoró cuando transcurrió más tiempo entre la distracción y la respuesta requerida. Los datos mostraron que el cerebro necesitaba ese intervalo para completar su rotación en el espacio matemático y restaurar tanto el enfoque neural como el comportamiento.

La codificación de subespacio reveló que las neuronas operan en un patrón rotacional altamente coordinado que ayuda a preservar la atención. Curiosamente, estas rotaciones solo aparecieron cuando ocurrieron distracciones (independientemente del tipo de distracción) y no surgieron por sí solas.

...reflejan rotaciones físicas en el cerebro

La codificación de subespacio es solo una representación matemática abstracta de la actividad neural a lo largo del tiempo. Pero cuando los investigadores observaron las mediciones físicas directas de la actividad neural, encontraron que realmente reflejaba una onda viajera que rotaba a través de la corteza. Múltiples mediciones mostraron que la actividad de picos neuronales tenía un orden espacial con ángulos en constante cambio, consistente con una onda de actividad rotando a través del electrodo cortical. De hecho, la onda real rotó a la misma velocidad que la representada matemáticamente en la codificación de subespacio.

"No hay razón en principio por la cual una rotación en este subespacio matemático deba corresponder directamente a una rotación en la superficie de la corteza", afirmó Miller. "Pero lo hace. Eso me sugiere que el cerebro está utilizando estas ondas viajantes para realizar cálculos, cálculos analógicos. El cálculo analógico es mucho más eficiente energéticamente que el digital y la biología favorece soluciones energéticamente eficientes. Es una forma diferente y más natural de pensar sobre el cálculo neural".

Además de Miller y Batabyal, los otros autores del artículo son Scott Brincat, Jacob Donoghue, Mikael Lundqvist y Meredith Mahnke.

El financiamiento para el estudio provino de la Oficina de Investigación Naval, el Centro Simons para el Cerebro Social, la Freedom Together Foundation y el Instituto Picower para el Aprendizaje y la Memoria.

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