Llevar la cuenta del tiempo es fundamental para muchas tareas, como tocar el piano, balancear una raqueta de tenis o mantener una conversación. Neurocientíficos del MIT y de la Universidad de Columbia han descubierto ahora cómo las neuronas de una parte del cerebro miden intervalos de tiempo y los reproducen con precisión.
Los investigadores hallaron que la corteza intraparietal lateral (LIP), que desempeña un papel en la función sensoriomotora, representa el tiempo transcurrido mientras los animales miden y luego reproducen un intervalo de tiempo. También demostraron cómo los patrones de disparo de una población de neuronas de la LIP podrían coordinar los aspectos sensoriales y motores de la medición del tiempo.
La LIP es probablemente solo un nodo de un circuito que mide el tiempo, afirma Mehrdad Jazayeri, autor principal de un artículo que describe el trabajo, publicado en la edición del 8 de octubre de Current Biology.
“No concluiría que la corteza parietal es el cronómetro”, afirma Jazayeri, profesor adjunto de ciencias del cerebro y cognitivas en el MIT y miembro del Instituto McGovern para la Investigación del Cerebro. “Lo que hacemos es descubrir principios computacionales que explican cómo evolucionan las tasas de disparo de las neuronas con el tiempo y cómo se relacionan con la conducta de los animales en ensayos individuales. Podemos explicar matemáticamente lo que está ocurriendo.”
El autor principal del artículo es Michael Shadlen, profesor de neurociencia y miembro del Instituto Mortimer B. Zuckerman Mind Brain Behavior de la Universidad de Columbia.
Con el paso del tiempo
Jazayeri, que se incorporó al claustro docente del MIT en 2013, comenzó a estudiar la medición del tiempo en el cerebro hace varios años, mientras era becario posdoctoral en la Universidad de Washington. Empezó poniendo a prueba la capacidad de los seres humanos para medir y reproducir el tiempo mediante una tarea llamada “listos, preparados, ya”. En este experimento, el sujeto mide el tiempo entre dos destellos (“listos” y “preparados”) y luego pulsa un botón (“ya”) en el momento adecuado; es decir, transcurrida la misma cantidad de tiempo que separaba “listos” de “preparados”.
A partir de estos estudios, descubrió que las personas no se limitan a medir un intervalo y luego reproducirlo. Más bien, tras medir un intervalo, combinan esa medición, que es imprecisa, con su conocimiento previo de cuál podría haber sido el intervalo. Este conocimiento previo, que se va acumulando a medida que repiten la tarea muchas veces, les permite reproducir el intervalo con mayor precisión.
“Cuando las personas reproducen el tiempo, no parecen usar un cronómetro”, afirma Jazayeri. “Es un acto activo de inferencia probabilística que se produce.”
Para averiguar qué ocurre en el cerebro durante este proceso, Jazayeri registró la actividad neuronal en la LIP de monos entrenados para realizar la misma tarea. En estos registros, identificó patrones distintivos en la fase de medición (el intervalo entre “listos” y “preparados”) y en la fase de producción (el intervalo entre “preparados” y “ya”).
Durante la fase de medición, la actividad neuronal aumenta, pero no de forma lineal. En cambio, la pendiente de la actividad comienza como una curva pronunciada que se aplana gradualmente a medida que pasa el tiempo, hasta que se da la señal “preparados”. Esto es clave, porque la pendiente al final del intervalo de medición predice la pendiente de la actividad en la fase de producción.
Cuando el intervalo es corto, la pendiente durante la segunda fase es pronunciada. Esto permite que la actividad aumente rápidamente para que el animal pueda producir un intervalo corto. Cuando el intervalo es más largo, la pendiente es más suave y tarda más en alcanzarse el momento de la respuesta.
“A medida que pasa el tiempo durante la medición, el animal sabe que el intervalo que debe producir es más largo y, por tanto, requiere una pendiente menos pronunciada”, afirma Jazayeri.
Con estos datos, los investigadores pudieron predecir correctamente, a partir de la pendiente al final de la fase de medición, cuándo el animal emitiría la señal “ya”.
“Investigaciones previas han demostrado que algunas neuronas muestran un aumento de su tasa de disparo que culmina con el inicio de una respuesta motora temporizada. Esta investigación resulta estimulante porque ofrece la primera pista sobre lo que podría controlar la pendiente de esta ‘rampa neuronal’, en concreto que la pendiente de la rampa podría estar determinada por la tasa de disparo al inicio del intervalo temporizado”, afirma Dean Buonomano, profesor de neurociencia del comportamiento en la Universidad de California en Los Ángeles, que no participó en la investigación.
“Un problema altamente distribuido”
Todas las funciones cognitivas y motoras dependen del tiempo en cierta medida. Si bien la LIP representa el tiempo durante la reproducción de intervalos, Jazayeri considera que el seguimiento del tiempo se produce a lo largo de los circuitos cerebrales que conectan estructuras subcorticales, como el tálamo, los ganglios basales y el cerebelo, con la corteza.
“La medición del tiempo va a ser un problema altamente distribuido para el cerebro. No habrá un único lugar en el cerebro que se encargue de ello”, afirma.
Su laboratorio investiga ahora varias preguntas planteadas por este estudio. En uno de los estudios de seguimiento, los investigadores analizan cómo cambian la conducta y la actividad cerebral de los animales en función de sus expectativas sobre la duración del primer intervalo.
En otro experimento, están entrenando a animales para reproducir un intervalo que pueden medir dos veces. Los resultados preliminares sugieren que, durante el segundo intervalo, los animales refinan la medición realizada durante el primero, lo que les permite desempeñarse mejor que cuando hacen una sola medición.
Este artículo se publica en colaboración con MIT News. La publicación no implica que el Foro Económico Mundial respalde las opiniones expresadas.
Para estar al día con la Agenda, suscríbase a nuestro boletín semanal.
Autora: Anne Trafton es redactora de ciencias de la vida, ciencias físicas e ingeniería biológica y química en MIT News.
Imagen: Un estudiante de posgrado tiñe secciones cerebrales de roedores con parkinsonismo en el Laboratorio de Nanomedicina de UCL. REUTERS/Suzanne Plunkett
