La neurociencia sensorial es un subcampo de la neurociencia que explora la anatomía y fisiología de las neuronas que forman parte de sistemas sensoriales como la visión, la audición y el olfato. Las neuronas en las regiones sensoriales del cerebro responden a los estímulos disparando uno o más impulsos nerviosos ( potenciales de acción ) después de la presentación del estímulo. ¿Cómo se codifica la información sobre el mundo exterior por la frecuencia, el momento y el patrón de los potenciales de acción? Este llamado código neuronalActualmente se entiende poco y la neurociencia sensorial juega un papel importante en el intento de descifrarlo. Observar el procesamiento sensorial temprano es ventajoso, ya que las regiones del cerebro que están "más arriba" (por ejemplo, las involucradas en la memoria o la emoción) contienen neuronas que codifican representaciones más abstractas. Sin embargo, la esperanza es que existan principios unificadores que gobiernen cómo el cerebro codifica y procesa la información. El estudio de los sistemas sensoriales es un trampolín importante en nuestra comprensión de la función cerebral en general.
Experimentos típicos
Un experimento típico en neurociencia sensorial implica la presentación de una serie de estímulos relevantes a un sujeto experimental mientras se monitorea el cerebro del sujeto. Esta monitorización se puede realizar por medios no invasivos como la resonancia magnética funcional (fMRI) o electroencefalografía (EEG), o por medios más invasivos como la electrofisiología , el uso de electrodos para registrar la actividad eléctrica de neuronas individuales o grupos de neuronas. La fMRI mide los cambios en el flujo sanguíneo que se relacionan con el nivel de actividad neuronal y proporciona una baja resolución espacial y temporal, pero proporciona datos de todo el cerebro. Por el contrario, la electrofisiología proporciona una resolución temporal muy alta (las formas de picos individuales se pueden resolver) y los datos se pueden obtener de células individuales. Esto es importante ya que los cálculos se realizan dentro de las dendritas de neuronas individuales.
Experimentos de neuronas individuales
En la mayor parte del sistema nervioso central , las neuronas se comunican exclusivamente enviándose potenciales de acción entre sí , conocidos coloquialmente como "picos". Por lo tanto, se cree que toda la información que codifica una neurona sensorial sobre el mundo exterior puede inferirse por el patrón de sus picos. Las técnicas experimentales actuales no pueden medir picos individuales de forma no invasiva.
Un experimento típico de una sola neurona consistirá en aislar una neurona (es decir, navegar por la neurona hasta que el experimento o encuentre una neurona que genere picos en respuesta al tipo de estímulo que se presentará, y (opcionalmente) determinar que todos los picos observados efectivamente provienen de una sola neurona), luego presentando un protocolo de estímulo. Debido a que las respuestas neuronales son inherentemente variables (es decir, su patrón de picos puede depender de más que solo el estímulo que se presenta, aunque no toda esta variabilidad puede ser ruido verdadero, ya que otros factores además del estímulo presentado pueden afectar la neurona sensorial en estudio ), a menudo el mismo protocolo de estímulo se repite muchas veces para tener una idea de la variabilidad que puede tener una neurona. Una técnica de análisis común es estudiar la tasa de disparo variable en el tiempo promedio de la neurona, llamada histograma de tiempo posterior al estímulo o PSTH. [1]
Estimación de campo receptivo
Uno de los principales objetivos de la neurociencia sensorial es intentar estimar el campo receptivo de la neurona ; es decir, para tratar de determinar qué estímulos hacen que la neurona se dispare de qué formas. Una forma común de encontrar el campo receptivo es usar la regresión lineal para encontrar qué características de estímulo típicamente causaron que las neuronas se excitaran o deprimieran. Dado que el campo receptivo de una neurona sensorial puede variar en el tiempo (es decir, la latencia entre el estímulo y el efecto que tiene sobre la neurona) y en alguna dimensión espacial (literalmente espacio para la visión y las células somatosensoriales, pero otras dimensiones "espaciales" como el frecuencia de un sonido para las neuronas auditivas), el término campo receptivo espacio-temporal o STRF se usa a menudo para describir estos campos receptivos. [2]
Estímulos naturales
Una tendencia reciente en la neurociencia sensorial ha sido la adopción de estímulos naturales para la caracterización de las neuronas sensoriales. Hay buenas razones para creer que ha habido una presión evolutiva sobre los sistemas sensoriales para poder representar bien los estímulos naturales, por lo que los sistemas sensoriales pueden exhibir el comportamiento más relevante en respuesta a los estímulos naturales. La adopción de estímulos naturales en la neurociencia sensorial se ha visto frenada por el hecho de que las descripciones matemáticas de los estímulos naturales tienden a ser más complejas que las de los estímulos artificiales simplificados, como tonos simples o clics en la audición o patrones de líneas en la visión. Ahora se dispone de software gratuito para ayudar a los neurocientíficos interesados en estimar los campos receptivos a afrontar la dificultad de utilizar estímulos naturales.
La neurociencia sensorial también se utiliza como un enfoque de abajo hacia arriba para estudiar la conciencia. Por ejemplo, Crick y Koch (1998) han estudiado el sentido visual y la representación, [3] y se han sugerido experimentos para probar varias hipótesis en esta línea de investigación.
Ver también
Referencias
- ^ Budai, D. (marzo de 1994). "Un sistema controlado por computadora para el histograma de tiempo posterior al estímulo y estudios de cuerda". Métodos de J Neurosci . 51 (2): 205-11. doi : 10.1016 / 0165-0270 (94) 90012-4 . PMID 8051951 . S2CID 3790772 .
- ^ Theunissen, FE .; David, SV .; Singh, Carolina del Norte; Hsu, A .; Vinje, WE .; Gallant, JL. (Agosto de 2001). "Estimación de campos receptivos espacio-temporales de neuronas visuales y auditivas a partir de sus respuestas a estímulos naturales" (PDF) . Red . 12 (3): 289–316. doi : 10.1080 / net.12.3.289.316 . PMID 11563531 . S2CID 199667772 .
- ^ Crick, F .; Koch, C. (marzo de 1998). "Conciencia y neurociencia" . Cereb Cortex . 8 (2): 97–107. doi : 10.1093 / cercor / 8.2.97 . PMID 9542889 .