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El cerebro imita a las redes de telecomunicaciones

El cerebro imita a las redes de telecomunicaciones

El cerebro computa la información como lo hacen las redes de telecomunicaciones, ha descubierto un estudio: las neuronas individuales pueden llevar más de una señal a la vez, como ocurre con la transmisión digital. El descubrimiento explica cómo el cerebro procesa información compleja y da pistas sobre algunas de nuestras limitaciones cognitivas y perceptivas.

El cerebro imita a las redes de telecomunicaciones

La multiplexión por división de tiempo (MDT o TDM) es una técnica empleada desde los inicios de las telecomunicaciones para enviar múltiples llamadas telefónicas al mismo tiempo a través de un único cable. En telecomunicación, la multiplexación es la técnica de combinar dos o más señales y transmitirlas por un solo medio de transmisión. La MDT es el tipo de multiplexación más utilizado en la actualidad, especialmente en los sistemas de transmisión digitales.

Lo sorprendente es que una investigación de la Universidad de Duke en Estados Unidos ha descubierto que las neuronas individuales pueden codificar información sobre estímulos múltiples al mismo tiempo, de forma muy similar a como los dispositivos electrónicos, como los teléfonos celulares, clasifican las señales por frecuencia.

Estudiando cómo los monos responden al sonido, un equipo de neurocientíficos y estadísticos descubrió que una sola neurona puede codificar información de dos sonidos diferentes al cambiar entre la señal asociada con un sonido y la señal asociada con el otro sonido.

«La pregunta que hicimos fue: ¿cómo preservan las neuronas la información sobre dos estímulos diferentes en el mundo a la vez?»,  explica Jennifer Groh, una de las investigadoras, en un comunicado. «Encontramos que hay periodos de tiempo en que una neurona determinada responde a un estímulo y otros períodos de tiempo en los que responde al otro», añade Groh. «Parecen ser capaces de alternar entre cada estímulo».

Estos  resultados pueden explicar cómo el cerebro procesa información compleja del mundo que nos rodea, y también pueden proporcionar una idea de algunas de nuestras limitaciones cognitivas y perceptivas. Los resultados se han publicado en Nature Communications.

Experimento con monos

En el experimento, los investigadores sentaron a dos monos en una habitación oscura y los entrenaron para mirar en la dirección de los sonidos que escucharon. Los investigadores provocaron un sonido o dos sonidos,  alternativamente, cada sonido en una frecuencia diferente y proveniente de diferentes lugares.

Cuando los investigadores generaron dos sonidos juntos, los monos miraron primero en la dirección de un sonido, y luego en la dirección del otro sonido, lo que indica que los monos reconocieron la existencia de dos sonidos distintos.

Para descubrir cómo los cerebros de los monos codificaron ambos sonidos simultáneamente, el equipo utilizó electrodos en el colículo inferior, principal núcleo del mesencéfalo en la ruta auditiva, para medir los pequeños picos en el campo eléctrico local causados ​​por el disparo de las neuronas como reacción al sonido.

Los investigadores investigaron la respuesta de las neuronas individuales, tanto a sonidos individuales como a sonidos combinados. La práctica estándar en el campo es contar cuántos picos ocurren durante un período de tiempo y calcular el promedio, explica Groh. Pero este método oscurece cualquier fluctuación en la actividad que pueda indicar que las neuronas están alternando entre diferentes estímulos.

El equipo aplicó una combinación de métodos estadísticos avanzados, incluido un nuevo método desarrollado por los investigadores, para extraer patrones más detallados del comportamiento de las neuronas como reacción al sonido.

Neurona individual

Así descubrieron que una sola neurona podría responder a un sonido con un índice de disparo, y a un segundo sonido con un índice de disparo diferente. Sin embargo, cuando ambos sonidos se emitieron simultáneamente, la reacción de las neuronas pareció fluctuar entre las dos velocidades de disparo.

En ocasiones, las fluctuaciones fueron lo suficientemente rápidas como para que las neuronas conmutaran en medio segundo la presentación del sonido, y en otros casos el cambio fue más lento.

El equipo repitió el análisis estadístico sobre los datos de experimentos anteriores realizados para medir la reacción de las neuronas individuales ante la visión de una o dos caras. Este análisis reveló el mismo patrón neuronal de conmutación que  se produce cuando dos caras están presentes.

Estos hallazgos proporcionan pistas sobre otras circunstancias en las que el cerebro tiene que hacer más de una cosa a la vez con un conjunto limitado de neuronas. Por ejemplo, nuestra memoria de trabajo (la cantidad de cosas que podemos mantener en nuestras mentes al mismo tiempo) está limitada a alrededor de cinco a siete elementos. Si bien estos experimentos no se relacionan directamente con la memoria de trabajo, los investigadores creen que más estudios pueden ayudar a explicar estas restricciones.

Referencia

Single neurons may encode simultaneous stimuli by switching between activity patterns. Valeria C. Caruso, et al. Nature Communications, Volume 9, Article number: 2715 (2018). DOI:https://doi.org/10.1038/s41467-018-05121-8

RedacciónT21

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