El cerebro no siempre recurre a las mismas vías de comunicación cuando recuerda algo conocido o se enfrenta a una situación nueva. Un estudio internacional, coliderado por investigadores del Instituto de Neurociencias —centro mixto de la Universidad Miguel Hernández de Elche (UMH) y el Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC)— revela que el sistema nervioso modula sus circuitos inhibitorios para elegir las rutas que emplea en el procesamiento de la información. Los resultados acaban de publicarse en la revista PLoS Computational Biology.
Dos circuitos inhibitorios clave
La investigación demuestra que la flexibilidad cerebral depende del equilibrio entre dos mecanismos inhibitorios, que regulan la interacción entre ritmos lentos (theta) y rápidos (gamma). Gracias a este proceso, el cerebro selecciona distintas fuentes de información, bien de los estímulos externos, bien de la experiencia almacenada en la memoria.
El trabajo ha sido dirigido por Santiago Canals, del campus de Sant Joan d’Alacant de la UMH, y Claudio Mirasso, del Instituto de Física Interdisciplinar y Sistemas Complejos (IFISC), centro mixto del CSIC y la Universitat de les Illes Balears.
Infografía sobre el estudio de los ritmos cerebrales del Instituto de Neurociencias y la UMH de Elche / INFORMACIÓN
Para llegar a estas conclusiones, los expertos combinaron modelos computacionales con registros experimentales en el hipocampo, región esencial para la memoria y la navegación. En entornos familiares, las neuronas favorecen un modo de comunicación directo que transmite información desde la corteza entorrinal hacia el hipocampo, priorizando la reactivación de recuerdos ya consolidados. En cambio, ante la novedad, el cerebro activa otro modo que integra recuerdos y estímulos recientes, dando prioridad a la actualización de la memoria.
Comunicación flexible y bidireccional
Hasta ahora se pensaba que la fase de los ritmos lentos organizaba la actividad rápida. El nuevo estudio demuestra que la relación es bidireccional: “Este trabajo proporciona una explicación mecanicista de cómo el cerebro cambia de manera flexible los canales de comunicación en función del contexto”, indica el investigador del IFISC Dimitrios Chalkiadakis, primer autor del artículo.
“Ajustando el equilibrio entre distintos tipos de inhibición, los circuitos pueden decidir qué entradas priorizar, ya vengan de vías relacionadas con la memoria o de nueva información sensorial”, añade.
Mediante un marco teórico que integra datos electrofisiológicos de ratas en entornos nuevos y conocidos, se identificaron dos modos de funcionamiento: la inhibición feedforward, que genera interacciones gamma-a-theta, y la inhibición feedback, que provoca interacciones theta-a-gamma. El estudio confirma que los circuitos neuronales implementan ambos modos de forma natural y que la transición entre ellos es continua, dependiendo únicamente de la fuerza de las conexiones sinápticas.
Gráfico del estudio realizado por profesores de la UMH de Elche y el Instituto de Neurociencias / INFORMACIÓN
Aplicaciones a otras funciones cognitivas
El trabajo sugiere que esta coordinación flexible también podría aplicarse a otras funciones como la atención. Investigaciones recientes en humanos muestran patrones compatibles con este modelo. “Nuestros resultados ayudan a unificar visiones contrapuestas sobre cómo interaccionan los ritmos cerebrales de distinta frecuencia”, explica Mirasso.
“En lugar de ser puramente local o heredado de regiones anteriores, estos ritmos emergen de la interacción entre entradas externas y dinámicas inhibitorias locales. Este doble mecanismo permite al cerebro optimizar el procesamiento de la información bajo diferentes condiciones”, añade Canals.
Más allá de la memoria y la navegación, los hallazgos podrían extenderse a patologías. El objetivo de los próximos trabajos es ampliar el modelo para incluir mayor diversidad de tipos neuronales y arquitecturas específicas de cada región cerebral. Esto permitiría entender mejor cómo se altera el equilibrio en enfermedades como epilepsia, adicciones o Alzheimer. “Estudiar estas dinámicas a nivel mecanicista podría, en última instancia, inspirar nuevas estrategias de intervención terapéutica”, concluyen ambos autores.
El estudio ha sido financiado por el Ministerio de Ciencia, Innovación y Universidades, a través del programa de Proyectos de I+D+I (Generación de Conocimiento y Retos de Investigación), y por la Agencia Estatal de Investigación mediante los programas de Centros de Excelencia Severo Ochoa y Unidades de Excelencia María de Maeztu.
El artículo completo puede consultarse en: DOI: 10.1371/journal.pcbi.1013363
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