Vivimos en un mundo caótico en el que nuestro cerebro se enfrenta muchas veces a la incertidumbre. Cruzas una calle con tráfico, juegas un videojuego o esperas una carta en un juego de azar… Hasta ahora, la ciencia sabía cómo reaccionamos a una sorpresa después de que se produzca; sin embargo, lo que pasaba antes era un misterio. Una investigación internacional con participación de la Universidad Politécnica de Madrid (UPM), publicada en la revista Nature Neuroscience, revela ahora el mecanismo que utiliza el cerebro para prepararse antes de que ocurra algo impredecible.

Según el estudio, la clave de este sistema de alerta temprana se encuentra en el hipocampo, una estructura profunda del cerebro conocida tradicionalmente por almacenar nuestros recuerdos. Los investigadores han descubierto que esta región emite unas ráfagas ultrarrápidas de actividad eléctrica, llamadas ripples (u ondulaciones de alta frecuencia), que actúan como un filtro estratégico sobre nuestra corteza visual. Utilizaron para ello registros intracraneales directos con electrodos implantados en el cerebro humano medir simultáneamente la actividad eléctrica en el hipocampo y en la corteza visual de los participantes.

“A los participantes se les mostraron una serie de imágenes con patrones visuales. Algunos flujos de imágenes eran totalmente predecibles, mientras que otros eran caóticos y altamente inciertos”, cuenta uno de los coautores del estudio, Bryan Strange, profesor de la Escuela Técnica Superior de Ingenieros de Telecomunicación (ETSIT) y director del Laboratorio de Neurociencia Clínica en el Centro de Tecnología Biomédica (CTB) de la UPM. El análisis de los datos reveló que la respuesta del cerebro se articula en tres pasos. La primera es la detección del caos. Strange explica que, “cuando el entorno se vuelve impredecible, el hipocampo lo nota de inmediato y empieza a disparar ripples con mayor frecuencia y duración, mucho antes de que aparezca el siguiente estímulo”. Estas ondas viajan después hasta la corteza visual y suprimen la actividad de las ondas gamma asociadas con la incertidumbre del entorno. Al silenciar este ruido de fondo, el cerebro se optimiza.

Finalmente, el cerebro reacciona de una manera mucho más rápida de lo normal a los estímulos. “Una vez que aparece el estímulo visual sorprendente (no esperado), la preparación previa ejercida por los ripples modula las respuestas gamma de error de predicción en las áreas visuales de nivel superior (como la corteza fusiforme), permitiendo que el cerebro responda de forma más rápida, fuerte y eficiente”, detalla el investigador.

El trabajo en el que ha participado la UPM es pionero dado que aborda una nueva manera de estudiar los ripples del hipocampo, que se habían investigado en animales y con un enfoque dirigido fundamentalmente al ámbito de la memoria. “Este estudio demuestra que, en los humanos, estas ondas tienen un papel predictivo y de supervivencia: nos ayudan a predecir lo impredecible del entorno. El cerebro no se limita a esperar pasivamente a ver qué pasa. Invierte recursos de forma anticipada para cartografiar la incertidumbre", explica Strange.

Para los investigadores, más allá de entender mejor nuestra mente, este hallazgo tiene un enorme potencial clínico. “Podría servir como biomarcador para diagnosticar de forma temprana enfermedades neurológicas o psiquiátricas donde la comunicación entre el hipocampo y la corteza está alterada (como el Alzheimer, la esquizofrenia o la epilepsia), patologías en las cuales los pacientes a menudo tienen dificultades para calibrar el grado de sorpresa o amenaza de su entorno”, explican.

El trabajo, financiado por el Consejo Europeo de Investigación (ERC, por sus siglas en inglés), es fruto de una intensa colaboración internacional entre más de una decena de instituciones. Así, además de la UPM, han participado en este estudio la Universidad Complutense de Madrid, el Hospital Ruber Internacional, el Hospital Universitario de Zúrich, la Universidad de Zúrich, el centro especializado Klinik Lengg (Zúrich), el University College de Londres y el Charité – Universitätsmedizin de Berlín.

Fuente: ‘e-Politécnica Investigación e Innovación’ (nº 783), boletín de la UPM.