¿Por qué los cerebros oscilan dentro de rangos de frecuencia específicos?

¿Qué son las oscilaciones cerebrales?

Creo que primero es importante reconocer a qué se refieren las oscilaciones cerebrales: son pequeñas fluctuaciones de voltaje algo localizadas que a menudo se miden mediante EEG (electroencefalograma), aunque también se pueden medir dentro del cráneo o dentro del cerebro.

La mayoría de estas oscilaciones también se observan en los potenciales de membrana de las neuronas individuales. Las oscilaciones rápidas, como las oscilaciones gamma, también se pueden ver en los potenciales de membrana, pero se asocian mejor con la actividad de picos. La causa de las oscilaciones medidas en el cráneo es la actividad coordinada de muchas neuronas que actúan en concierto.

¿Por qué ciertas frecuencias?

Muchas oscilaciones cerebrales son creadas por el acoplamiento de excitación e inhibición. La oscilación gamma, por ejemplo, está más asociada con las interacciones entre las neuronas excitatorias y las neuronas inhibitorias particulares llamadas células de crecimiento rápido y/o células positivas para parvalbúmina. La frecuencia de la oscilación gamma se debe a las constantes de tiempo y los tiempos de conducción entre los circuitos recíprocos entre las células excitadoras y las células de pico rápido. Si mantuviera la misma actividad, pero cambiara estas constantes de tiempo, la frecuencia gamma cambiaría.

Otras frecuencias pueden ser más lentas porque involucran circuitos a una distancia mayor, como las interacciones entre el tálamo y la corteza.

Algunas de las oscilaciones más lentas, llamadas oscilaciones delta, se producen debido a largos períodos de actividad alta y baja, a veces llamados estados "ARRIBA" y "ABAJO" o períodos "ENCENDIDO" y "APAGADO". Las oscilaciones a menudo se anidan entre sí, lo que se conoce como acoplamiento de frecuencia cruzada o, más específicamente, a menudo acoplamiento de amplitud de fase. Durante la fase "ABAJO" de una oscilación delta lenta, la amplitud en las frecuencias más altas es baja porque hay poca actividad de picos; durante la fase "UP" aumenta la amplitud en frecuencias más altas.

¿Cuál es el propósito de las oscilaciones cerebrales?

no lo sabemos Hay muchas teorías de que ciertas oscilaciones son importantes para ciertas funciones, pero la mayor parte de la evidencia de estas teorías es teórica o correlacional. En términos muy generales, las oscilaciones más lentas tienden a estar asociadas con el reposo, mientras que las oscilaciones de mayor frecuencia están asociadas con el procesamiento activo.

Por ejemplo, las oscilaciones gamma posiblemente estén involucradas en "unir" diferentes tipos de información a través de diferentes áreas corticales: la actividad gamma sincrónica podría ser la forma en que una región del cerebro que procesa principalmente sonidos puede asociar esa información con una región del cerebro que procesa principalmente el objeto visual que produce ese sonido. .

También es posible que muchas oscilaciones sean simplemente epifenómenos: resultan de tipos particulares de actividad, en lugar de ser la causa de ciertas funciones. Gamma, por ejemplo, parece aumentar simplemente cada vez que aumenta la actividad neuronal general.

El problema es que realmente no hay forma de estudiar una oscilación independientemente del resto de la actividad cerebral: cualquier cosa que pueda afectar una oscilación necesariamente influirá en la actividad neuronal de otras maneras.

Probablemente la mejor evidencia de un papel funcional real de las oscilaciones cerebrales se encuentra en la codificación de fase en la banda theta (y las oscilaciones gamma asociadas), mejor estudiada en las redes de navegación del hipocampo en roedores. La sincronización de los picos en relación con la fase de una oscilación en curso puede contener más información que los picos en soledad: la oscilación proporciona una señal de referencia.

¿Qué pasaría si las oscilaciones cerebrales cambiaran mágicamente?

Depende de cuál sea el mecanismo de la magia: ciertamente podrías cambiar las oscilaciones haciendo cosas extremas como detener toda la actividad neuronal: eso iría bastante mal. Los ataques epilépticos son un ejemplo más natural pero igualmente dañino de oscilaciones que salen mal. La epilepsia de ausencia es de particular interés ya que los mecanismos son un poco más complejos que las convulsiones de gran mal.

Sin embargo, también puede cambiar "mágicamente" las oscilaciones simplemente cerrando los ojos: se sabe que se producen aumentos en la potencia alfa cuando cierra los ojos brevemente. Los cambios en las oscilaciones cerebrales son una parte normal de la función cerebral: las oscilaciones son muy diferentes durante el sueño y la vigilia, por ejemplo. La amplitud y la frecuencia de ciertas oscilaciones pueden ser moduladas por lo alerta o atento que esté. Dependiendo del tipo específico, los agentes anestésicos tienden a producir oscilaciones cerebrales que son al menos cualitativamente similares al sueño.

También existen correlaciones entre diferentes patrones de oscilación y enfermedades o trastornos psicológicos. Las personas con esquizofrenia muestran diferentes patrones de actividad gamma que los no esquizofrénicos, por ejemplo. Sin embargo, no está claro si tiene sentido pensar en las diferencias de oscilación como causales o como síntomas . El autismo, por ejemplo, está asociado con una sincronía reducida en largas distancias en el cerebro. Se cree que esta sincronía reducida se debe a diferencias en la conectividad. Dependiendo de su perspectiva, podría resaltar el cambio en la sincronía como una característica importante o podría tratarlo como un síntoma de la diferencia subyacente en la conectividad.

Resumen, conclusiones y precaución

Las oscilaciones cerebrales son una ventana clave para comprender la función nerviosa, especialmente en humanos, donde se pueden registrar más fácilmente que cualquier otro tipo de actividad neuronal. Sin embargo, debemos tener cuidado al pensar en las oscilaciones como entidades específicas.

Las oscilaciones en una banda de frecuencia pueden ocurrir por mecanismos completamente diferentes en diferentes situaciones. Los cambios en las oscilaciones medidas fuera del cráneo pueden reflejar cambios en la sincronía a lo largo de largas distancias en lugar de cambios en la actividad oscilatoria local en columnas individuales. Como analogía, considere las ondas en un estanque: la amplitud de las ondas puede decirle un poco sobre el tamaño de un objeto que interrumpió la superficie del agua, pero si eso es todo lo que tiene, no puede saber si el objeto vino inicialmente desde arriba. o debajo de la superficie, ya sea un pájaro, un pez, una roca, etc.

Se publican muchos artículos que relacionan las oscilaciones con ciertos estados, condiciones o enfermedades, y estos pueden ser caminos hacia la comprensión, pero es poco probable que identifiquen directamente los mecanismos subyacentes.

Para las referencias a continuación, he tratado de usar artículos de revisión siempre que sea posible que sean bastante digeribles sin demasiada información adicional. En particular, puse en negrita un par que creo que son excelentes puntos de partida.

Referencias:

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A mi también me interesa este asunto. No soy un experto en este tema pero, según tengo entendido, las oscilaciones cerebrales parecen ser esenciales en el funcionamiento conjunto de un gran número de neuronas: para no anular información entre sí y unir su información en una coherente. información. Y parece haber generadores de oscilaciones para varios ritmos en el cerebro. Eso es todo lo que puedo responderte aquí. Hay mucha literatura sobre las oscilaciones cerebrales, puede buscarlas en NCBI . Algunos artículos que te pueden resultar interesantes son los siguientes:

...Se sabe que las neuronas individuales no son capaces de ejecutar operaciones cognitivas complejas de forma aislada y, en cambio, deben formar redes funcionales con otras neuronas, por lo que se cree que la actividad neuronal sincrónica es relevante para la cognición... Ritmos de la red del hipocampo

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