El cerebro usa dos relojes internos para anticipar el futuro

El cerebro utiliza dos mecanismos neuronales diferentes para predecir el futuro inmediato, ha descubierto una investigación de la Universidad de Berkeley en California, cuyos resultados se publican en  la revista Proceedings of the National Academy of Sciences.

Uno de los mecanismos neuronales es una especie de reloj interno que se basa en el ritmo. Está relacionado con los ganglios basales del cerebro, que se ocupan de los movimientos voluntarios realizados de forma inconsciente, para  tareas rutinarias. El otro reloj interno se basa en la experiencia previa. Está asociado al cerebelo, una región del encéfalo cuya función principal es integrar las vías sensitivas y las vías motoras.

Los dos relojes son críticos para nuestra capacidad de navegar y disfrutar del mundo. «Juntos, estos sistemas cerebrales nos permiten no solo existir en el presente, sino también anticipar activamente el futuro», explica el autor principal del estudio, Richard Ivry, en un comunicado.

Aprovechar el semáforo

Se refiere a procesos cotidianos de la vida, como por ejemplo, apretar el acelerador del coche una fracción de segundo antes de que el semáforo se ponga en verde, o empezar a mover los pies antes de que empiece a sonar la música que estamos esperando. El estudio ofrece una nueva perspectiva sobre cómo los humanos calculamos cuándo hacer un movimiento.

“Esta sincronización no es un proceso unificado, sino que hay dos formas distintas en las que hacemos predicciones temporales y éstas dependen de diferentes partes del cerebro», añade Assaf Breska, otro de los investigadores.

Los resultados de este trabajo confirman que el cerebro utiliza dos mecanismos diferentes para el tiempo de anticipación, desafiando las teorías de que un solo sistema cerebral maneja todas nuestras necesidades de tiempo, dijeron los investigadores.

«Nuestros resultados sugieren al menos dos formas diferentes en las que el cerebro ha evolucionado para anticipar el futuro», explica Breska. «Un sistema basado en el ritmo es sensible a los eventos periódicos del mundo, como lo es inherente al habla y la música», agregó. «Y un sistema de intervalos proporciona una capacidad de anticipación más general, sensible a las regularidades temporales, incluso en ausencia de una señal rítmica».

Metodología

Breska e Ivry estudiaron las fortalezas y los déficits de anticipación a través de personas con enfermedad de Parkinson (un tipo de trastorno del movimiento) y de personas con degeneración cerebelosa, una enfermedad en la cual las neuronas del cerebelo (la zona del cerebro que controla la coordinación muscular y el equilibrio) se deterioran y mueren.

A través de diversas pruebas, compararon cómo se comportaban los pacientes de ambas enfermedades en ejercicios de ordenador utilizando señales de tiempo. Ambos grupos vieron en una pantalla de ordenador secuencias de cuadrados rojos, blancos y verdes mientras pasaban a diferentes velocidades: debían pulsar una tecla en el momento en el que vieran pasar el cuadrado verde. Al igual que la luz ámbar de los semáforos, los cuadrados blancos les alertan de que el cuadrado verde va a pasar.

Los investigadores observaron que mientras el ritmo de paso de los diferentes cuadrados era constante, los pacientes con degeneración cerebelosa respondían bien a estas señales rítmicas. Sin embargo, cuando los cuadrados de colores siguieron un patrón más complejo, con diferentes intervalos entre los cuadrados rojo y verde, esta secuencia era más fácil de seguir por los pacientes de Parkinson.

Nuevos tratamientos

«Demostramos que los pacientes con degeneración del cerebelo tienen problemas para usar señales temporales no rítmicas, mientras que los pacientes con degeneración de los ganglios basales asociada con la enfermedad de Parkinson tienen problemas para usar las señales rítmicas», dijo Ivry.

El estudio permitió a los investigadores establecer una conexión entre la sincronización rítmica y los ganglios basales, así como entre la sincronización a intervalos, un temporizador interno basado en nuestra memoria de experiencias anteriores, y el cerebelo. Ambas son regiones cerebrales primarias asociadas con el movimiento y la cognición.

Además, sus resultados sugieren que si uno de estos relojes neuronales falla, el otro podría intervenir teóricamente. «Nuestro estudio identifica no solo los contextos anticipatorios en los que están afectados estos pacientes neurológicos, sino también los contextos en los que no tienen dificultades, lo que sugiere que podríamos modificar sus entornos para facilitarles la interacción con el mundo,» añade  Breska.

A partir de estos resultados, se abren nuevas vías para tratamientos no farmacéuticos de personas con déficits de temporalización neurológica: juegos de ordenador, aplicaciones móviles, estimulación cerebral profunda y modificaciones del sueño ambiental, podrían ayudarles a superar estas deficiencias.

Referencia

Double dissociation of single-interval and rhythmic temporal prediction in cerebellar degeneration and Parkinson’s disease. Assaf Breska and Richard B. Ivry, PNAS, November 13, 2018. DOI:https://doi.org/10.1073/pnas.1810596115