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Mapa de conexiones eléctricas que forman recuerdos
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Mapa de conexiones eléctricas que forman recuerdos

Mapa entero de conexiones eléctricas clave del cerebro para formar memorias construidas por investigadores.

Los investigadores de Penn que lideran el proyecto Restoring Active Memory, financiado por DARPA, construyeron el primer mapa de conectividad eléctrica cerebral completo basado en datos de casi 300 pacientes neuroquirúrgicos. Arriba, la imagen de la izquierda representa los ~ 30,000 electrodos utilizados en el estudio. A la derecha hay una representación de una red de todo el cerebro derivada de la actividad eléctrica durante el procesamiento de la memoria.
Crédito: Imagen cortesía de la Universidad de Pensilvania
Un equipo de neurocientíficos de la Universidad de Pensilvania ha construido el primer mapa de conectividad eléctrica del cerebro en el cerebro basado en datos de casi 300 pacientes neuroquirúrgicos con electrodos implantados directamente en el cerebro. Los investigadores encontraron que los ritmos de baja frecuencia de la actividad cerebral, cuando las ondas cerebrales se mueven hacia arriba y hacia abajo lentamente, impulsan principalmente la comunicación entre los lóbulos temporales frontal, temporal y medial, regiones cerebrales clave que participan durante el procesamiento de la memoria.

La investigación, parte del proyecto Restoring Active Memory, fue dirigida por Michael Kahana, profesor de psicología de Penn e investigador principal del programa RAM de la Agencia de Proyectos de Investigación Avanzados de Defensa; Ethan Solomon, un M.D./Ph.D. estudiante en el Departamento de Bioingeniería; y Daniel Rizzuto, director de neuromodulación cognitiva en Penn. Publicaron sus hallazgos en Nature Communications.

Este trabajo aclara la forma en que las diferentes regiones del cerebro se comunican durante los procesos cognitivos, como la formación de la memoria. Aunque muchos estudios han examinado las redes cerebrales utilizando herramientas no invasivas como la resonancia magnética funcional, las observaciones de redes a gran escala que utilizan grabaciones directas de cerebro humano han sido difíciles de asegurar porque estos datos solo pueden provenir de pacientes neuroquirúrgicos.

Durante varios años, el equipo de Penn recopiló esta información de múltiples hospitales en todo el país, lo que permitió a los investigadores observar tales redes eléctricas por primera vez. Los pacientes que se sometieron a la monitorización clínica de las convulsiones realizaron una tarea de memoria de recuperación gratuita que les pedía ver una serie de palabras en una pantalla, y luego repetir todas las que podían recordar.

Al mismo tiempo, los investigadores examinaron la actividad cerebral que se produce en escalas de tiempo lentas y rápidas, también llamada actividad neuronal de baja y alta frecuencia. Descubrieron que cuando una persona está creando efectivamente nuevas memorias, en este caso, recordando una de las palabras presentadas, la alineación entre las regiones cerebrales tiende a fortalecerse con lentas ondas de actividad, pero se debilita a frecuencias más altas.

"Encontramos", dijo Solomon, el autor principal del artículo, "que la conectividad de baja frecuencia de una región cerebral se asoció con una mayor actividad neuronal en ese sitio. Esto sugiere que, para que alguien forme nuevos recuerdos, dos funciones deben suceder simultáneamente. : las regiones del cerebro deben procesar individualmente un estímulo, y luego esas regiones deben comunicarse entre sí a bajas frecuencias ".

Las áreas del cerebro identificadas en este artículo (los lóbulos temporales frontal, temporal y medial) han intrigado a los neurocientíficos desde hace mucho tiempo debido a su papel crucial en dichas funciones de la memoria.

Este trabajo apoya el objetivo del proyecto RAM de usar la estimulación cerebral para mejorar la memoria.

"Entender mejor las redes cerebrales que se activan durante el procesamiento de la memoria", dijo Kahana, "nos da una mejor capacidad para afinar la estimulación eléctrica que podría mejorarla. Ahora estamos preparados para preguntar si podemos usar medidas de conectividad funcional para guiar nuestra elección de qué región del cerebro atacar con estimulación eléctrica. En última instancia, dado el tamaño de este conjunto de datos, estos descubrimientos no serían posibles sin años de esfuerzo por parte de nuestros participantes, equipos clínicos y científicos de investigación ".

A principios de este mes, el equipo de RAM lanzó públicamente su extenso conjunto de datos de estimulación e grabación cerebral intracraneal que incluyó miles de horas de datos de 250 pacientes que realizaban tareas de memoria. Investigaciones previas mostraron por primera vez que la estimulación eléctrica administrada cuando se predecía que la memoria fallaría podría mejorar la función de la memoria en el cerebro humano. Esa misma estimulación generalmente se convirtió en disruptiva cuando los pulsos eléctricos llegaron durante los períodos de función de memoria efectiva.

Luego, los investigadores de Penn planean examinar la interacción entre la estimulación cerebral y las conexiones funcionales descubiertas en el último estudio.

"Todavía hay mucho trabajo por hacer", dijo Rizzuto, "antes de que podamos utilizar estos mapas de conectividad para guiar la estimulación cerebral terapéutica para pacientes con trastornos de memoria como lesión cerebral traumática o enfermedad de Alzheimer, pero estamos trabajando para lograr ese objetivo".


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