Onda gamma

Una onda gamma o ritmo gamma es un patrón de oscilación neural en humanos con una frecuencia entre 25 y 140 Hz , siendo el punto de 40 Hz de particular interés. [1] Los ritmos gamma se correlacionan con la actividad de la red cerebral a gran escala y los fenómenos cognitivos como la memoria de trabajo , la atención y el agrupamiento perceptivo , y se pueden aumentar en amplitud mediante la meditación [2] o la neuroestimulación . [1] [3] Se ha observado una actividad gamma alterada en muchosestado de ánimo y cognitivos trastornos como la enfermedad de Alzheimer , [4] la epilepsia , [5] y la esquizofrenia . [6]

Ondas gamma

Las ondas gamma se pueden detectar mediante electroencefalografía o magnetoencefalografía . Uno de los primeros informes de actividad de ondas gamma se registró en la corteza visual de monos despiertos. [7] Posteriormente, una importante actividad de investigación se ha concentrado en la actividad gamma en la corteza visual. [8] [9] [10] [11]

La actividad gamma también se ha detectado y estudiado en las regiones corticales premotoras , parietales , temporales y frontales [12]. Las ondas gamma constituyen una clase común de actividad oscilatoria en las neuronas que pertenecen al bucle cortico-ganglio basal-tálamo-cortical . [13] Por lo general, esta actividad se entiende para reflejar feedforward conexiones entre distintas regiones del cerebro, en contraste con alfa onda de retroalimentación a través de las mismas regiones. [14] También se ha demostrado que las oscilaciones gamma se correlacionan con la activación de neuronas individuales, en su mayoría neuronas inhibidoras, durante todos los estados del ciclo de vigilia-sueño. [15] La actividad de las ondas gamma es más prominente durante la vigilia alerta y atenta. [13] Sin embargo, se desconocen los mecanismos y sustratos por los cuales la actividad gamma puede ayudar a generar diferentes estados de conciencia.

Controversia

Algunos investigadores cuestionan la validez o el significado de la actividad de la onda gamma detectada por el EEG del cuero cabelludo , porque la banda de frecuencia de las ondas gamma se superpone con la banda de frecuencia electromiográfica . Por lo tanto, las grabaciones de señales gamma podrían estar contaminadas por la actividad muscular. [16] Los estudios que utilizan técnicas de parálisis muscular local han confirmado que los registros de EEG contienen señal EMG, [17] [18] y estas señales se pueden rastrear a la dinámica motora local como la frecuencia sacádica [19] u otras acciones motoras que involucran la cabeza. Se han propuesto avances en el procesamiento y la separación de señales, como la aplicación de análisis de componentes independientes u otras técnicas basadas en el filtrado espacial , para reducir la presencia de artefactos EMG. [dieciséis]

Percepción consciente

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Película electrocorticográfica que muestra cambios en la actividad gamma de banda ancha de alta frecuencia en regiones corticales específicas cuando se presentan estímulos visuales durante una tarea de denominación de rostros / lugares.

Las ondas gamma pueden participar en la formación de una percepción unificada y coherente, también conocida como el problema de la combinación en el problema de la unión , debido a su aparente sincronización de las tasas de activación neuronal en distintas regiones del cerebro. [20] [21] [22] Se sugirió por primera vez que las ondas gamma de 40 Hz participaran en la conciencia visual en 1988, [23] .eg, dos neuronas oscilan sincrónicamente (aunque no están conectadas directamente) cuando un solo objeto externo estimula su respectivos campos receptivos. Experimentos posteriores de muchos otros demostraron este fenómeno en una amplia gama de cognición visual. En particular, Francis Crick y Christof Koch en 1990 [24] argumentaron que existe una relación significativa entre el problema de la unión y el problema de la conciencia visual y, como resultado, que las oscilaciones sincrónicas de 40 Hz también pueden estar causalmente implicadas en la conciencia visual. como en visual binding. Posteriormente, los mismos autores expresaron su escepticismo sobre la idea de que las oscilaciones de 40 Hz son una condición suficiente para la conciencia visual. [25]

Varios experimentos realizados por Rodolfo Llinás apoyan la hipótesis de que la base de la conciencia en los estados de vigilia y el sueño son oscilaciones de 40 Hz en todo el manto cortical en forma de actividad recurrente iterativa talamocortical. En dos trabajos titulados "La oscilación coherente de 40 Hz caracteriza el estado de sueño en humanos" (Rodolfo Llinás y Urs Ribary, Proc Natl Acad Sci USA 90: 2078-2081, 1993) y "De soñar y vigilia" (Llinas & Pare, 1991) , Llinás propone que la conjunción en un solo evento cognitivo podría producirse por la suma concurrente de actividad específica e inespecífica de 40 Hz a lo largo del eje dendrítico radial de elementos corticales dados, y que la resonancia es modulada por el tronco cerebral y tiene contenido por información sensorial en el estado despierto y actividad intrínseca durante el sueño. Según la hipótesis de Llinás, conocida como la hipótesis del diálogo tálamocortical para la conciencia, se propone que la oscilación de 40 Hz que se observa en la vigilia y en el sueño es un correlato de la cognición, resultante de una resonancia coherente de 40 Hz entre los bucles específicos e inespecíficos de la tálamocortical. En Llinás & Ribary (1993), los autores proponen que los bucles específicos dan el contenido de la cognición, y que un bucle inespecífico da la unión temporal necesaria para la unidad de la experiencia cognitiva.

Un artículo principal de Andreas K. Engel et al . en la revista Consciousness and Cognition (1999) que defiende la sincronía temporal como la base de la conciencia, define la hipótesis de la onda gamma así: [26]

La hipótesis es que la sincronización de las descargas neuronales puede servir para la integración de neuronas distribuidas en conjuntos celulares y que este proceso puede ser la base de la selección de información relevante desde el punto de vista perceptual y conductual.

Atención

El mecanismo sugerido es que las ondas gamma se relacionan con la conciencia neuronal a través del mecanismo de atención consciente:

La respuesta propuesta radica en una onda que, originada en el tálamo, recorre el cerebro de adelante hacia atrás, 40 veces por segundo, sincronizando diferentes circuitos neuronales con el precepto [sic] y, por lo tanto, llevando el precepto [sic] al primer plano de la atención. Si el tálamo se daña aunque sea un poco, esta onda se detiene, no se forma la conciencia y el paciente entra en coma profundo. [21]

Por lo tanto, la afirmación es que cuando todos estos grupos neuronales oscilan juntos durante estos períodos transitorios de activación sincronizada, ayudan a traer recuerdos y asociaciones de la percepción visual a otras nociones. Esto reúne una matriz distribuida de procesos cognitivos para generar un acto cognitivo coordinado y coherente, como la percepción. Esto ha llevado a teorías de que las ondas gamma están asociadas con la solución del problema de la unión . [20]

Las ondas gamma se observan como sincronía neuronal a partir de señales visuales tanto en estímulos conscientes como subliminales . [27] [28] [29] [30] Esta investigación también arroja luz sobre cómo la sincronía neuronal puede explicar la resonancia estocástica en el sistema nervioso. [31]

Trastornos del estado de ánimo

La actividad alterada de las ondas gamma se asocia con trastornos del estado de ánimo como la depresión mayor o el trastorno bipolar y puede ser un biomarcador potencial para diferenciar entre trastornos unipolares y bipolares. Por ejemplo, los sujetos humanos con altas puntuaciones de depresión exhiben una señalización gamma diferencial cuando realizan tareas emocionales, espaciales o aritméticas. También se observa un aumento de la señalización gamma en las regiones del cerebro que participan en la red de modo predeterminado , que normalmente se suprime durante las tareas que requieren una atención significativa. Los modelos de roedores de comportamientos similares a la depresión también exhiben ritmos gamma deficientes. [32]

Esquizofrenia

En la esquizofrenia se observa una disminución de la actividad de las ondas gamma . Específicamente, la amplitud de las oscilaciones gamma se reduce, al igual que la sincronía de diferentes regiones del cerebro involucradas en tareas como el bicho raro visual y la percepción Gestalt . Las personas con esquizofrenia se desempeñan peor en estas tareas conductuales, que se relacionan con la percepción y la memoria de reconocimiento continuo. [33] Se cree que la base neurobiológica de la disfunción gamma en la esquizofrenia reside en las interneuronas GABAérgicas involucradas en redes conocidas de generación de ritmo de ondas cerebrales. [34] El tratamiento antipsicótico , que disminuye algunos síntomas conductuales de la esquizofrenia, no restaura la sincronía gamma a niveles normales. [33]

Epilepsia

Las oscilaciones gamma se observan en la mayoría de las convulsiones [5] y pueden contribuir a su aparición en la epilepsia . Los estímulos visuales, como las rejillas grandes de alto contraste que se sabe que desencadenan convulsiones en la epilepsia fotosensible, también provocan oscilaciones gamma en la corteza visual. [35] Durante un episodio de convulsión focal, siempre se observa la máxima sincronía del ritmo gamma de las interneuronas en la zona de inicio de la convulsión, y la sincronía se propaga desde la zona de inicio a toda la zona epileptógena. [36]

Enfermedad de Alzheimer

Se ha observado un aumento de la potencia de la banda gamma y respuestas gamma retardadas en pacientes con enfermedad de Alzheimer (EA). [4] [37] Curiosamente, el modelo de ratón tg APP-PS1 de la EA exhibe una disminución del poder de oscilación gamma en la corteza entorrinal lateral , que transmite varias entradas sensoriales al hipocampo y, por lo tanto, participa en procesos de memoria análogos a los afectados por la EA humana. [38] También se ha observado una disminución de la potencia gamma lenta del hipocampo en el modelo de ratón 3xTg de EA. [39]

La estimulación gamma puede tener potencial terapéutico para la EA y otras enfermedades neurodegenerativas . La estimulación optogenética de las interneuronas de picos rápidos en el rango de frecuencia de la onda gamma se demostró por primera vez en ratones en 2009. [40] Arrastre o sincronización de las oscilaciones gamma del hipocampo y picos a 40 Hz a través de estímulos no invasivos en la banda de frecuencia gamma, como el destello luces o pulsos de sonido, [3] reduce la carga de beta amiloide y activa la microglía en el bien establecido modelo de ratón 5XFAD de AD. [41] Los ensayos clínicos posteriores en humanos de estimulación con banda gamma han mostrado mejoras cognitivas leves en pacientes con EA que han estado expuestos a estímulos luminosos, sonoros o táctiles en el rango de 40 Hz. [1] Sin embargo, se desconocen los mecanismos moleculares y celulares precisos mediante los cuales la estimulación de la banda gamma mejora la patología de la EA.

Síndrome X frágil

La hipersensibilidad y los déficits de memoria en el síndrome del X frágil pueden estar relacionados con anomalías del ritmo gamma en la corteza sensorial y el hipocampo . Por ejemplo, se ha observado una disminución de la sincronía de las oscilaciones gamma en la corteza auditiva de pacientes con FXS. El modelo de FXS de rata knockout FMR1 exhibe una mayor proporción de ondas gamma lentas (~ 25-50 Hz) a rápidas (~ 55-100 Hz). [39]

La sincronía de ondas gamma de alta amplitud se puede autoinducir a través de la meditación . Los practicantes de meditación a largo plazo, como los monjes budistas tibetanos, exhiben un aumento de la actividad de la banda gamma en la línea de base, así como un aumento significativo en la sincronía gamma durante la meditación, según lo determinado por el electroencefalograma del cuero cabelludo. [2] La resonancia magnética funcional en los mismos monjes reveló una mayor activación de la corteza insular derecha y el núcleo caudado durante la meditación. [42] Los mecanismos neurobiológicos de la inducción de sincronía gamma son, por tanto, muy plásticos . [43] Esta evidencia puede apoyar la hipótesis de que el sentido de la conciencia, la capacidad de manejo del estrés y el enfoque, que a menudo se dice que se mejoran después de la meditación, están respaldados por la actividad gamma. En la reunión anual de 2005 de la Sociedad de Neurociencias , el actual Dalai Lama comentó que si la neurociencia pudiera proponer una forma de inducir los beneficios psicológicos y biológicos de la meditación sin una práctica intensiva, "sería un voluntario entusiasta". [44]

Ondas cerebrales

  • Onda delta - (0,1 - 3 Hz)
  • Onda theta - (4-7 Hz)
  • Onda Mu - (7.5 - 12.5 Hz)
  • Onda SMR - (12,5 - 15,5 Hz)
  • Onda alfa - (7 (u 8) - 12 Hz)
  • Onda beta - (12-30 Hz)
  • Onda gamma - (32-100 Hz)
  • Oscilaciones de alta frecuencia - (más de ~ 80 Hz)

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