Investigadores de la <a href="http://www.usal.es/" title="Universidad de Salamanca" alt="Universidad de Salamanca" target="_blank">Universidad de Salamanca</a> (USAL) en colaboración con investigadores de la <a href="https://www.ub.edu/web/portal/es/" title="Universidad de Barcelona" alt="Universidad de Barcelona" target="_blank">Universidad de Barcelona</a> (UB) han publicado en la revista <a href="https://doi.org/10.1038/s41467-017-02038-6" title="Nature Communications" alt="Nature Communications" target="_blank">Nature Communications</a> un estudio que demuestra la forma en la que el cerebro genera predicciones sobre el contexto auditivo y las señales de error que se generan cuando dichas predicciones no se cumplen.
Los investigadores han demostrado que este mecanismo de predicción es "estable en diferentes estados de consciencia", lo cual sugiere que se trata de un proceso neuronal fundamental "totalmente automático e independiente de la atención", explica el director del Laboratorio de Neurociencia Auditiva del Instituto de Neurociencias de Castilla y León (INCyL), Sánchez Malmierca, a Comunicación USAL.
El tipo de procesamiento registrado coincidiría con el de un mecanismo generativo de inferencia Bayesiana. Esto es, el cerebro auditivo generaría un modelo del contexto sonoro, emitiendo señales de error cada vez que un nuevo evento no se ajusta al modelo establecido internamente. De esta manera, el modelo puede ser continuamente actualizado. Todo ello resultaría necesario para configurar nuestra realidad perceptiva.
Estos resultados demuestran "por primera vez de manera empírica y en modelos animales muchos de los fundamentos celulares necesarios para entender las bases neuronales de la teoría de la codificación de la predicción", subraya Sánchez Malmierca. Aunque la teoría de la codificación de predicciones está aceptada de manera generalizada entre los neurocientíficos desde hace más de una década "lo cierto es que hasta la fecha no existían datos empíricos que la corroborasen y de ahí la importancia del estudio", concluye.
Empleando modelos animales, los investigadores han identificado actividad predictiva a nivel de neuronas individuales y a nivel de campo local en la vía auditiva de varias especies de roedores e independientemente del estado de consciencia, en estaciones de procesamiento tan tempranas como las situadas en el tronco encefálico. La actividad predictiva de esta naturaleza venía considerándose una propiedad eminentemente cortical, por lo que su identificación en neuronas de núcleos subcorticales representa un gran aporte a la literatura científica y un avance muy significativo para los estudios futuros de neurociencia cognitiva y sensorial
Este estudio demuestra además que las señales de error que se generan cuando falla una predicción son mayores a medida que se asciende en la vía auditiva, dibujando una organización jerárquica de dicho mecanismo, en cuya cúspide se hallaría la corteza cerebral.
A esta organización jerárquica subcortical-cortical, se añade otro eje organizativo. La propia vía auditiva desde el tronco del encéfalo hasta la corteza puede dividirse en dos carriles de procesamiento paralelo: una vía nuclear (lemniscal) y otra adyacente (no lemniscal).
La vía nuclear muestra un procesamiento más primario, centrado en la representación de las características físicas del estímulo, y no es hasta llegar a la corteza auditiva primaria donde aparecen los primeros signos de actividad predictiva. En cambio, en la vía adyacente que 'envuelve' la nuclear, se realiza un procesamiento de orden superior, más influenciado por el contexto estimular y las relaciones entre los estímulos auditivos.
A lo largo de esta vía adyacente puede apreciarse cómo la proporción de actividad predictiva va incrementando desde su primera aparición a nivel troncocefálico hasta la alcanzar su máxima señal en las áreas de la corteza secundaria.
Adicionalmente, los investigadores del laboratorio de Neurociencia Auditiva del INCyL han identificado un aumento en la señal de error a la predicción cuando la intensidad de la estimulación es más baja y sutil. Se especula sobre si esta suerte de sistema de ganancia podría haber aparecido para actuar en contextos auditivos desafiantes o críticos para la supervivencia. Por ejemplo, para extraer del ruido ambiental los sonidos de un potencial predador, que se resultarían imperceptibles si no se aumentase su saliencia al no encajar con el modelo generado de ruido ambiental.
Asimismo, su organización jerárquica se conserva de unas especies a otras, dado que en el estudio pudo identificarse tanto en ratas como en ratones. Todo ello sugiere que este mecanismo podría constituir el sustrato neuronal de ciertas señales de error en la predicción registrables en el cerebro humano mediante técnicas no invasivas, como la electroencefalografía
El descubrimiento de este tipo de respuestas y su organización a lo largo del "cerebro auditivo" abre la puerta a nuevos estudios tanto en modelos animales como en humanos, ya que previamente se ha visto que algunas enfermedades neurodegenerativas y trastornos neuropsiquiátricos, como la esquizofrenia, muestran patrones electroencefalográficos alterados para este tipo de procesamiento de la información.
Además, la búsqueda de un sustrato neurológico resulta clave para la comprensión del fenómeno y el avance en la aplicación de estos conocimientos al desarrollo de biomarcadores y técnicas de diagnóstico clínico para las patologías mencionadas.
Referencia bibliográfica:
Gloria G. Parras, Javier Nieto-Diego, Guillermo V. Carbajal, Catalina Valdés-Baizabal, Carles Escera, Manuel S. Malmierca (2017). Neurons along the auditory pathway exhibit a hierarchical organization of prediction error. Nature Communications. DOI: 10.1038/s41467-017-02038-6
