El cerebro predictivo modifica la percepción | 17 OCT 18
La percepción sensorial no es una calle de un solo sentido
La percepción sensorial puede estar formada por las expectativas generadas en el cerebro superior
Fuente: Eberhard Karls Universität Tübingen Sensory Perception Is Not a One-Way Street

Cuando interactuamos con el mundo, como cuando nos acercamos para tocar un objeto, el cerebro cambia activamente las señales sensoriales entrantes basadas en la anticipación. Esta llamada "compuerta sensorial" ahora ha sido investigada por neurocientíficos en la Universidad de Tübingen.

En ratas que tocaban objetos con sus bigotes, descubrieron que estas señales táctiles de la percepción sensorial activa se reducían mediante señales de activación de áreas cerebrales superiores. De esta manera, la percepción sensorial puede estar formada por las expectativas generadas en el cerebro superior.

Tales señales anticipatorias podrían tener implicaciones importantes en la comprensión de las alucinaciones sensoriales, como las encontradas en la esquizofrenia. El estudio, que se realizó con la ayuda de fondos de la Fundación de Investigación Alemana (DFG), se publicó en Nature Communications.

Los neurocientíficos de Tübingen descifran las vías por las cuales el cerebro altera su propia percepción del mundo exterior

Es una de esas cosas que los niños les preguntan a sus padres y que los padres se rascan la cabeza: mamá, ¿por qué no me hago cosquillas? Incluso los más delicados entre nosotros habrán notado que esto no es posible.

La razón de esto se conoce desde hace mucho tiempo: los receptores táctiles en la parte tocada de la piel pueden sentir el tacto como cualquier otro, pero en algún punto del camino hacia áreas del cerebro superiores donde se "percibe" este contacto, el sentimiento se altera. Esto se debe a que cuando nuestro dedo toca nuestra propia piel, nuestro cerebro anticipa el toque y reduce la señal. Este fenómeno se llama compuerta sensorial.

La activación sensorial ha atraído mucho interés en diferentes ramas de la neurociencia y la psicología. Existe evidencia de que los trastornos esquizofrénicos impiden la activación sensorial, lo que lleva a alucinaciones donde la propia voz parece ser la de otra persona.

El fenómeno aborda la pregunta filosófica acerca de cómo construimos nuestro mundo en el nivel más básico: ¿representamos fielmente los estímulos del mundo exterior, o tenemos ideas preconcebidas sobre el mundo que usamos como una plantilla, y nos damos cuenta de cuándo fallan. por lo que vemos o sentimos? La psicología ha encontrado evidencia para apoyar ambas líneas de discusión.

"La razón por la que estas preguntas sean tan difíciles de responder es porque las predicciones que genera el cerebro son muy difíciles de identificar", dice Cornelius Schwarz, jefe del grupo "Sistemas de Neurofisiología" en el Centro Werner Reichardt para la Neurociencia Integrativa de la Universidad de Tübingen (CIN). ) / Hertie Institute for Clinical Brain Research (HIH).

"Sabemos que en la percepción activa, en algún lugar a lo largo de la línea, las señales están bloqueadas. Pero donde se origina esa compuerta, en qué punto se interceptan las señales provenientes de los órganos sensoriales y qué vías neuronales toman estas señales, hay preguntas que hemos intentado responder durante años".

Podría significar que las funciones cognitivas, como los deseos y las expectativas, tienen una gran influencia en nuestra percepción del mundo

Para responder a estas preguntas, Schwarz y Shubhodeep Chakrabarti, quienes recibieron una beca de investigador independiente de la DFG para liderar el proyecto, investigaron el sistema de bigotes de la rata. Con sus bigotes, las ratas sienten activamente su entorno, detectan obstáculos y navegan incluso en entornos completamente oscuros.

Chakrabarti y Schwarz ahora permiten que sus ratas detecten un objeto con un solo bigote. Luego, en algunas pruebas, el objeto se movió para tocar el bigote (percepción pasiva), mientras que en otros la rata solo detectaba el objeto moviendo su bigote (percepción activa). Durante cada prueba, registraron la actividad de las células individuales en el tronco cerebral de la rata utilizando electrodos implantados delgados como un vello.

Cada vez que la rata tocaba activamente el objeto, las señales registradas eran mucho más débiles que en los casos en que el objeto se tocaba de forma pasiva: así se demostró claramente que la activación sensorial funcionaba en el tronco cerebral.

"Es extremadamente interesante que la activación sensorial en realidad ocurra en el tronco cerebral, y no a lo largo de la vía neuronal hacia el cerebro", dice Chakrabarti. "No necesariamente habríamos esperado la señal sensorial para ser interceptada y modulada tan pronto".

Además, los científicos pudieron mostrar dónde se origina la puerta: en la llamada corteza somatosensorial primaria. Esta área superior del cerebro está situada en la parte superior del cerebro y está presente tanto en ratas como en humanos. Es responsable de nuestra percepción de la presión, la temperatura y algunos aspectos del dolor. En ratas cuyo córtex sensorial estaba dañado, las señales sensoriales registradas en el tronco cerebral no estaban bloqueadas.

Fig. 1
Tarea táctil activa para la medición sensorial. Un esquema que muestra la configuración del comportamiento. El animal de cabeza fija se colocó al lado de un objeto, que se movió en una trayectoria de rostro-caudal paralela al hocico del animal. Los contactos de bigotes fueron recompensados ??con una gota de agua de un surtidor de recompensa. Los movimientos de bigotes y las trayectorias de los objetos se monitorizaron utilizando una cortina láser, mientras que los contactos de bigotes fueron detectados por un cartucho magnético sensible a la vibración. b Ejemplos de contactos de bigotes durante las épocas de no batir (izquierda) y de batir (derecha). Las líneas azules muestran licks recompensados, mientras que las líneas magenta denotan licks consumatorios. Las inserciones (cuadrados rojos) muestran las trayectorias de los bigotes alrededor del contacto con el objeto, que se muestran agrandadas en rojo. c Las velocidades de pre-contacto (10 ms de contacto anterior) se agruparon para producir distribuciones bimodales. El pico alrededor de cero se ajustó con una función gaussiana y las velocidades de pre-contacto que caen dentro del doble de la desviación estándar definida como no murmurar (área sombreada amarilla). d Rastros activados por contacto de la posición, la velocidad y la aceleración de los bigotes mostrados para las épocas de no batir (izquierda) y de batir (derecha)

"Claramente, la percepción sensorial no es una calle de sentido único".

Chakrabarti explica lo que esto significa: “La corteza somatosensorial, donde tiene lugar el sentimiento, modifica su propia entrada al enviar una señal de activación que predice el contacto esperado, antes de tiempo, hasta el tronco cerebral. Luego, cuando llega la señal real del bigote para llamar la atención de la corteza sensorial, ¡acabamos de detectar un objeto! Tiene que pasar a través del tronco cerebral. Allí, una puerta o punto de control temporal coloca una etiqueta en la señal: "esta detección se esperaba hasta cierto punto, tiene una importancia limitada". Claramente, la percepción sensorial no es una calle de sentido único".

Chakrabarti y Schwarz ya están comprometidos en una serie de preguntas de seguimiento. Quieren estudiar a continuación los efectos de la atención y la motivación: ¿el córtex somatosensorial también envía señales si hay una recompensa en juego? ¿Podría ser que, si el sujeto se enfoca intensamente en las señales relevantes, la activación resultará en una mejora de la señal en lugar de una reducción? Si es así, podría significar que las funciones cognitivas, como los deseos y las expectativas, tienen una gran influencia en nuestra percepción del mundo.

 

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