Para dar sentido a entornos complejos, las ondas cerebrales se adaptan constantemente, compensando las velocidades de procesamiento de sonido y visión drásticamente diferentes.
Brain Signals
© Montreal Neurological Institute-Hospital
Las señales MEG revelaron que la recalibración fue posible gracias a una interacción única entre las ondas cerebrales rápidas y lentas en las regiones cerebrales auditivas y visuales.
Todos los estudiantes de física de secundaria aprenden que el sonido y la luz viajan a velocidades muy diferentes. Si el cerebro no tuviera en cuenta esta diferencia, nos resultaría mucho más difícil saber de dónde proceden los sonidos y cómo se relacionan con lo que vemos.

En cambio, el cerebro nos permite dar un mejor sentido a nuestro mundo jugando con trucos, de modo que una imagen y un sonido creados al mismo tiempo se perciben como sincrónicos, aunque lleguen al cerebro y sean procesados por los circuitos neuronales a diferentes velocidades.

Uno de los trucos del cerebro es la recalibración temporal: alterar nuestro sentido del tiempo para sincronizar nuestra percepción conjunta del sonido y la visión. Un nuevo estudio descubre que la recalibración depende de las señales cerebrales que se adaptan constantemente a nuestro entorno para muestrear, ordenar y asociar entradas sensoriales que compiten entre sí.

Científicos de The Neuro (Montreal Neurological Institute-Hospital) de la Universidad McGill reclutaron a voluntarios para que vieran breves destellos de luz emparejados con sonidos con diversos retardos y les pidieron que informaran de si creían que ambos sucedían al mismo tiempo. Los participantes realizaron esta tarea dentro de una máquina de magnetoencefalografía (MEG), que registraba y obtenía imágenes de sus ondas cerebrales con una precisión de milisegundos. Los pares de estímulos audiovisuales cambiaban cada vez, con sonidos y objetos visuales presentados más cerca o más lejos en el tiempo, y con órdenes de presentación aleatorios.

Los investigadores descubrieron que la percepción de los voluntarios sobre la simultaneidad entre los estímulos sonoros y visuales de un par se veía muy afectada por la simultaneidad percibida del par de estímulos anterior. Por ejemplo, si se presenta un sonido seguido de un visual con milisegundos de diferencia y se percibe como asíncrono, es mucho más probable que se informe del siguiente par de estímulos audiovisuales como sincrónico, aunque no lo sea. Esta forma de recalibración temporal activa es una de las herramientas que utiliza el cerebro para evitar una percepción distorsionada o desconectada de la realidad, y ayudar a establecer relaciones causales entre las imágenes y los sonidos que percibimos, a pesar de las diferentes velocidades físicas y de procesamiento neuronal.

Las señales de MEG revelaron que esta hazaña cerebral fue posible gracias a una interacción única entre las ondas cerebrales rápidas y lentas en las regiones cerebrales auditivas y visuales. Los ritmos cerebrales más lentos acompasan las fluctuaciones temporales de la excitabilidad en los circuitos cerebrales. Cuanto mayor sea la excitabilidad, más fácil será que las redes neuronales receptoras registren y procesen una entrada externa.

A partir de ahí, los investigadores proponen un nuevo modelo para entender la recalibración, según el cual las oscilaciones más rápidas que se superponen a las fluctuaciones más lentas crean franjas temporales discretas y ordenadas para registrar el orden de las entradas sensoriales. Por ejemplo, cuando una señal de audio llega al primer intervalo de tiempo disponible en la corteza auditiva y también lo hace una entrada visual, el par se percibe como simultáneo. Para que esto ocurra, el cerebro tiene que situar las franjas horarias visuales un poco más tarde que las auditivas para tener en cuenta que la transducción fisiológica de las señales visuales es más lenta. Los investigadores descubrieron que este retraso relativo entre las franjas temporales neurales auditivas y visuales es un proceso dinámico que se adapta constantemente a la exposición reciente de cada participante a la percepción audiovisual.

Sus datos confirmaron el nuevo modelo de integración dinámica al mostrar cómo estos sutiles retrasos de decenas de milisegundos de las oscilaciones cerebrales rápidas pueden medirse en cada individuo y explicar sus respectivos juicios de simultaneidad percibida.

En el autismo y los trastornos del habla, el procesamiento de los sentidos, especialmente el oído, está alterado. También en la esquizofrenia, los pacientes pueden verse afectados por distorsiones percibidas de las entradas sensoriales. Los mecanismos neurofisiológicos de recalibración temporal descritos en este estudio pueden estar alterados en estos trastornos, y su descubrimiento puede revelar nuevos objetivos de investigación para mejorar estos déficits.

"En general, este estudio subraya que nuestros cerebros absorben y se adaptan constantemente al bombardeo de información sensorial procedente de diversas fuentes", afirma Sylvain Baillet, investigador de The Neuro y autor principal del estudio. "Para dar sentido a nuestros complejos entornos, incluyendo las interacciones sociales, los circuitos cerebrales realizan activamente ajustes de sutiles mecanismos fisiológicos para anticipar y predecir mejor la naturaleza y el momento de los estímulos externos. Eso nos ayuda a construir un mapa mental resistente y adaptable de su representación".
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Este estudio, publicado en la revista Communications Biology el 11 de mayo de 2021, ha sido financiado por Canadian Institutes of Health Research (CIHR), por una beca posdoctoral concedida a la primera autora, la Dra. Therese Lennert, y por subvenciones concedidas al Dr. Sylvain Baillet del National Institutes of Health (EE.UU.), el Natural Science and Engineering Research Council of Canada, el Canada Research Chair of Neural Dynamics of Brain Systems del CIHR , el Brain Canada Foundation con el apoyo del Ministerio de Salud de Canadá, y el Innovative Ideas program del Canada First Research Excellence Fund otorgado a la Universidad McGill para la iniciativa Healthy Brains for Healthy Lives.