El cerebro vuelve a dibujar el mapa

Un nuevo estudio ha puesto en duda la costumbre centenaria de cartografiar el cerebro según su aspecto bajo el microscopio. Unos científicos que trabajaron con miles de neuronas de ratones descubrieron que el cerebro no se organiza por la apariencia de los tejidos, sino por el modo en que la información circula por ellos. Los resultados se publicaron en la revista Nature Neuroscience.

La corteza prefrontal es el centro de control de las tareas de alto nivel: planificación, toma de decisiones y razonamiento. Tradicionalmente, sus límites se determinaban por la estructura de las células: se teñía el tejido, se examinaba bajo el microscopio y, si las células tenían un aspecto distinto, se daba por hecho que sus funciones también lo eran. Sin embargo, nunca llegó a demostrarse directamente que esa «imagen» estuviera relacionada con la actividad eléctrica real de las neuronas.

El equipo de Maria Carlén, del Karolinska Institutet, decidió comprobar hasta qué punto estaba justificada esa suposición. Los autores del estudio, Pierre Le Merre y Catarina Hainning, se propusieron crear un mapa del cerebro basado no en dónde están las células, sino en cómo funcionan.

Para ello, los investigadores registraron la actividad de más de 24.000 neuronas individuales en el cerebro de ratones mediante Neuropixels, sensores capaces de detectar la actividad eléctrica en un cerebro vivo y despierto. Las grabaciones se realizaron en la corteza prefrontal y también en áreas sensoriales y motoras. Primero analizaron la actividad espontánea: las descargas de las neuronas en reposo, cuando el animal no hacía nada.

Para describirla no bastaba con contar los impulsos. Los investigadores utilizaron tres parámetros matemáticos: la frecuencia de descarga, la «explosividad» —un indicador de si los impulsos llegan en ráfagas regulares o impredecibles— y la «memoria», es decir, la relación entre la duración de intervalos sucesivos entre descargas. En conjunto, estos parámetros proporcionaron una «huella» única de cada neurona.

A continuación, esas huellas se procesaron con el método de aprendizaje automático Self-Organizing Map, que agrupó las neuronas según su similitud. Así, los científicos obtuvieron un mapa de actividad sin intervención de opiniones subjetivas.

La corteza prefrontal mostró un perfil claro y único: una baja frecuencia de descarga y un ritmo estable y regular, sin ráfagas. Este estilo «lento y regular» se diferenciaba claramente del de otras áreas. Pero cuando los científicos superpusieron el mapa funcional al anatómico clásico, apenas encontraron coincidencias.

Las áreas que parecían distintas bajo el microscopio a menudo contenían neuronas que funcionaban de forma idéntica. Y zonas de aspecto parecido, por el contrario, mostraban tipos de actividad diferentes. Los módulos funcionales de la corteza prefrontal ignoraban los límites anatómicos tradicionales.

En cambio, la actividad sí coincidía con la jerarquía del procesamiento de la información. Las zonas sensoriales, que reciben primero las señales externas, funcionan deprisa y a ráfagas. La corteza prefrontal, en lo alto de la jerarquía, debe retener la información, así que necesita un ritmo estable. Y, en efecto, cuanto más arriba estaba una región en el nivel de procesamiento, más frecuente era el patrón lento y regular.

Cuando los ratones realizaban una tarea —respondían a un sonido o a una luz para obtener agua—, los investigadores estudiaron cómo cambiaba la actividad al tomar una decisión. Algunas neuronas respondían al estímulo en sí y otras, al momento de elegir. Una vez más, las zonas funcionales no coincidían con la anatomía.

Incluso apareció un detalle paradójico: aunque el fondo general de la corteza prefrontal es lento y regular, las neuronas responsables del acto mismo de elegir, por el contrario, disparaban a alta frecuencia. Las «decisoras» y las «integradoras» convivían codo con codo, pero se comportaban de forma distinta. Esto indica que el cerebro se organiza según la estructura de sus conexiones, no por el aspecto de los tejidos.

Los autores señalan varias limitaciones: el estudio se realizó en ratones y los registros se centraron sobre todo en las capas profundas de la corteza. Además, el comportamiento se sometió a pruebas limitadas. Habrá que comprobar los resultados en otras condiciones y especies. Pero si se confirma el patrón, podría ofrecer una clave para entender los trastornos mentales relacionados con la corteza prefrontal.

Este enfoque basado en datos promete sustituir las descripciones subjetivas del cerebro por un mapa objetivo de la actividad eléctrica. Para entender el cerebro, los científicos proponen fijarse no en las «carreteras», sino en el tráfico invisible que circula por ellas.