En los primeros días de las telecomunicaciones, los ingenieros idearon una forma inteligente de enviar múltiples llamadas telefónicas a través de un solo cable al mismo tiempo. Llamada multiplexación por división de tiempo, esta técnica cambia rápidamente entre enviar partes de cada mensaje.
Una nueva investigación de la Universidad de Duke muestra que las neuronas en el cerebro pueden ser capaces de una estrategia similar.
En un experimento que examina cómo los monos responden al sonido, un equipo de neurocientíficos y estadísticos descubrió que una sola neurona puede codificar información de dos sonidos diferentes al cambiar entre la señal asociada con un sonido y la señal asociada con el otro sonido.
"La pregunta que hicimos es, ¿cómo conservan las neuronas la información sobre dos estímulos diferentes en el mundo al mismo tiempo?", Dijo Jennifer Groh, profesora del departamento de psicología y neurociencia y del departamento de neurobiología de Duke.
"Encontramos que hay períodos de tiempo cuando una neurona dada responde a un estímulo, y otros períodos de tiempo cuando responde al otro", dijo Groh. "Parecen ser capaces de alternar entre cada uno".
Los resultados pueden explicar cómo el cerebro procesa información compleja del mundo que nos rodea, y también pueden proporcionar información sobre algunas de nuestras limitaciones perceptivas y cognitivas. Los resultados aparecieron el 13 de julio Comunicaciones de la naturaleza .
Para hacer el descubrimiento, Groh y su equipo colaboraron con Surya Tokdar, profesor asociado de ciencias estadísticas en Duke, para desarrollar y aplicar varios métodos nuevos de análisis a sus datos experimentales.
La mayoría de los estudios sobre el comportamiento de una sola neurona investigan solo un estímulo a la vez, observando cómo responde una neurona individual cuando el sujeto toca una sola nota o se le muestra una sola imagen.
Pero la realidad rara vez es tan simple. Nuestros cerebros son capaces de procesar múltiples estímulos a la vez, como escuchar a un amigo en una fiesta con música sonando de fondo o escuchar el zumbido de una cigarra de una sinfonía de trinoinsectos
"No es obvio cómo se pasa de neuronas individuales que codifican objetos individuales a neuronas que codifican objetos múltiples", dijo Valeria Caruso, científica investigadora del departamento de psicología y neurociencia de Duke. "Queríamos proporcionar un paso intermedio, observandocómo las neuronas codifican pequeños grupos de objetos "
Para complicar las cosas, los estudios de una sola neurona han demostrado que muchas neuronas sensoriales están ampliamente sintonizadas, lo que significa que cada una es capaz de responder a sonidos en un rango de frecuencias diferentes. Por ejemplo, las mismas neuronas activadas por la voz de su amigo también pueden activarsepor las notas de tus canciones favoritas.
"Si soy una neurona y soy capaz de responder tanto a la imagen de una almohada como al sofá sobre el que descansa, ¿cómo deduce el cerebro que tanto la almohada como el sofá están presentes?", Dijo Groh.
En el experimento, los investigadores sentaron a los monos en una habitación oscura y los entrenaron para mirar en la dirección de los sonidos que escucharon. Los investigadores tocaron uno o dos sonidos, con cada sonido a una frecuencia diferente y provenientes de diferentes lugares.
Cuando los investigadores tocaron dos sonidos juntos, los monos miraron primero en la dirección de un sonido y luego en la dirección del otro sonido, lo que indica que los monos reconocieron la existencia de dos sonidos distintos.
Para descubrir cómo los cerebros de los monos codificaban ambos sonidos simultáneamente, el equipo usó electrodos en el colículo inferior, un punto clave en la vía auditiva del cerebro, para medir los pequeños picos en el campo eléctrico local causados por las neuronas disparando.
Los investigadores investigaron la respuesta de las neuronas individuales a los sonidos individuales y a los sonidos combinados. La práctica estándar en el campo es contar cuántos picos ocurren durante un período de tiempo y calcular el promedio de una serie de ensayos, dijo Groh.Pero este método oculta cualquier fluctuación en la actividad que pueda indicar que las neuronas están cambiando de un lado a otro entre diferentes estímulos.
El equipo aplicó una combinación de métodos estadísticos avanzados, incluido un nuevo método llamado Modelo de proceso de punto de mezcla dinámica desarrollado por Tokdar y su equipo, para extraer patrones más detallados de los datos.
Descubrieron que una sola neurona podía responder a un sonido con una velocidad de disparo y un segundo sonido con una velocidad de disparo diferente. Cuando ambos sonidos se reproducían simultáneamente, parecía fluctuar entre las dos velocidades de disparo. A veces las fluctuaciones eran rápidassuficiente para que las neuronas cambien dentro de medio segundo de la presentación del sonido, y en otros casos el cambio fue más lento.
El equipo repitió el análisis estadístico sobre los datos de los experimentos realizados por Winrich Freiwald, profesor de neurociencias y comportamiento en la Universidad Rockefeller. En estos experimentos, Freiwald investigó las tasas de activación de neuronas individuales en un área visual de la corteza en respuesta aimágenes de una o dos caras. El análisis reveló el mismo patrón de cambio cuando dos caras estaban presentes.
Estos hallazgos proporcionan pistas sobre otras circunstancias en las que el cerebro tiene que hacer más de una cosa a la vez con un conjunto limitado de neuronas. Por ejemplo, nuestra memoria de trabajo: la cantidad de cosas que podemos tener en nuestras mentes al mismo tiempo- está limitado a alrededor de cinco a siete ítems. Si bien estos experimentos no prueban directamente la memoria de trabajo, los investigadores piensan que otros estudios pueden ayudar a explicar estas restricciones.
"Nuestro sistema de memoria de trabajo es bastante limitado y nadie sabe realmente por qué", dijo Groh. "Quizás ese límite surge de algún tipo de comportamiento de ciclismo en el que se codifica una cosa a la vez, y durante un período de tiempo, ella cantidad de cosas que puede representar depende de cuánto tiempo necesita representar cada una y qué tan rápido puede cambiar ".
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Duke . Original escrito por Kara Manke. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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