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Cellular mechanisms of predictive processing and its effects on perception

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Desvelar los misterios de la percepción y la consciencia

Gracias al trabajo realizado por un proyecto financiado con fondos europeos, estamos un paso más cerca de comprender mejor las patologías cognitivas y la naturaleza de la consciencia.

Investigación fundamental

¿Cómo funciona la corteza humana? ¿Qué nos hace ser inteligentes? ¿Cómo podemos comprender mejor la percepción consciente? Durante los últimos veinte años, Matthew Larkum, catedrático de plasticidad neuronal en la Universidad Humboldt de Berlín, ha estado analizando la relación entre la información en la corteza y las neuronas principales que componen esta parte de nuestros encéfalos. El objetivo es comprender los mecanismos celulares que subyacen a la capacidad de la corteza para relacionar información de los sentidos con experiencias previas. Para basarse en su trabajo realizado en el Laboratorio Larkum, Larkum ha auspiciado el proyecto financiado con fondos europeos MECHPREDPRO, cuyo investigador principal es Jaan Aru.

Una mejor comprensión de cómo las células interpretan la información

El proyecto se inició con la observación de que las principales células de salida de la corteza, las neuronas piramidales, tienen dos partes diferenciadas. Estas dos partes reciben diferentes estímulos: una obtiene información generada internamente y la otra, información generada externamente. Desde hace mucho tiempo, la hipótesis de Larkum es que las propiedades de estas células les permiten predecir e interpretar la información que reciben del mundo exterior. Si los estímulos interno y externo a la neurona coinciden, la célula es reclutada para activarse de una forma tan vigorosa que pueda ser detectada posteriormente. En otras palabras, una coincidencia con expectación se transmite al resto del encéfalo. El resultado principal de este proyecto, financiado con fondos europeos, es una teoría de la consciencia que adopta la perspectiva celular de este misterioso aspecto de nuestras vidas. «Existen muchas ideas interesantes acerca de la consciencia, algunas de las cuales parecen un poco descabelladas. La nuestra es una teoría neurobiológica: comenzamos por hechos conocidos sobre los procesos celulares y seguimos a partir de ahí», comenta Aru, investigador principal, cuyo trabajo ha sido apoyado por el programa de Acciones Marie Skłodowska-Curie de la Unión Europea.

El impacto de las predicciones en la experiencia consciente

Al contrario que la mayoría de teorías anteriores, el artículo de Aru «Cellular mechanisms of conscious processing» («Mecanismos celulares del procesamiento consciente»), publicado en «Trends in Cognitive Sciences», relaciona la consciencia con eventos a nivel celular. Aru propone que la consciencia depende de la interacción entre los distintos compartimentos de las neuronas piramidales, modulada por estructuras subcorticales como el tálamo. El hecho de que las partes de las neuronas que portan información interna tengan una influencia crucial en las experiencias conscientes está en línea con la investigación que demuestra que la experiencia consciente se modula por las predicciones y los conocimientos previos. Aru comenta: «Algunos experimentos fascinantes han demostrado que las expectativas pueden crear experiencia de objetos que en realidad no existen en el mundo real. Dicha percepción ilusoria no solo es patológica, sino que también se produce en humanos sanos, por ejemplo, si esperamos que algo suceda, o el contexto sugiere que algún objeto debería estar allí». Los investigadores también han propuesto cómo dichas propiedades celulares fundamentales pueden explicar fenómenos como los sueños y la percepción ilusoria, tal y como analiza Aru en su artículo «Apical drive – A cellular mechanism of dreaming?» («El impulso apical, ¿un mecanismo celular de los sueños?»), publicado en «Neuroscience & Biobehavioral Reviews». En los sueños, el estímulo del interior del propio encéfalo domina la salida de las neuronas sensoriales y, por tanto, dicta lo que experimentamos mientras estamos dormidos. La información sobre cómo nuestros encéfalos procesan y reaccionan a la información interna y externa nos acerca a comprender la naturaleza de la consciencia humana, comprensión que cuenta con posibles aplicaciones. Larkum, quien supervisa la investigación, afirma: «Conocer dichos detalles nos colocaría en una posición muy sólida para analizar las patologías cognitivas y también para contribuir al floreciente campo de las redes neuronales artificiales con sugerencias inspiradas en la biología».

Palabras clave

MECHPREDPRO, corteza, neuronas, impulso apical, predicción, neuronas piramidales

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27 Mayo 2021