Sobre cómo generamos y perdemos la consciencia

03.05.2019

La pérdida de consciencia inducida por razones médicas (mLOC) durante la anestesia se asocia con una ruptura de la conectividad cerebral en la macroescala anatómica (a través de las áreas corticales); sin embargo, no está claro qué papel desempeña la microcirculación cerebral en la LOC.

¿Cómo genera nuestro cerebro la consciencia? ¿Y por qué la perdemos durante la anestesia? Teorías influyentes sugieren que la consciencia depende de la capacidad del cerebro para discriminar entre una información sensorial específica y un gran conjunto de alternativas, similar a la posibilidad de elegir un resultado entre muchos.

De hecho, varios estudios en humanos que utilizan la resonancia magnética funcional han identificado un rico conjunto de estados en reposo de la actividad cortical en la macroescala anatómica, es decir, a nivel de grandes áreas cerebrales. Sin embargo, un equipo de investigación liderado por la Universidad de Columbia planteó la hipótesis de que la capacidad de una persona para discriminar entre un conjunto de alternativas en cualquier momento debería estar arraigada en micro-patrones de actividad, o microestados, a nivel de conjuntos neuronales locales: los componentes funcionales de los circuitos neuronales.

Los investigadores del Laboratorio Rafael Yuste de Columbia utilizaron imágenes de calcio con dos fotones in vivo en ratones para investigar los cambios en el repertorio local de microestados neuronales durante la anestesia. El equipo descubrió que la anestesia altera la cantidad de patrones neuronales al reducir tanto los microestados de red como los conjuntos neuronales en la corteza, y confirmó sus hallazgos en grabaciones de matriz de microelectrodos de dos sujetos humanos. Sus resultados, publicados esta semana en la revista Cell Systems, indican que la conectividad funcional del cerebro durante el mLOC se descompone en escalas micro y macro anatómicas.

“Este estudio es importante porque lleva la cuestión de la naturaleza de la consciencia al nivel del circuito neuronal”, dijo Rafael Yuste, director de Yuste Lab y profesor de Ciencias Biológicas y Neurociencia en Columbia. “Proporciona un hilo intelectual que podría explicar cómo las alteraciones en la coordinación de pequeños grupos de neuronas, ya sea por patologías o anestésicos, podrían conducir a alteraciones en la consciencia”, agregó Yuste, quien también es miembro del Instituto de Ciencia de Datos de Columbia y miembro fundador (e intelectual) de la iniciativa BRAIN.

Una noción popular sostiene que si bien mLOC está asociado con una ruptura a macroescala de la conectividad funcional, las redes locales siguen mostrando una dinámica similar al estado de vigilia, pero de manera aislada e insular, dijo Michael Wenzel, el autor principal del artículo. “Y aunque esto sugiere que la LOC surge de una descoordinación de la actividad neuronal en las áreas del cerebro, encontramos que la dinámica de la red local cambia dramáticamente durante el mLOC. Nuestros resultados indican que la pérdida de consciencia podría surgir de alteraciones en el microcircuito local, que generaría deficiencias secundarias en la conectividad de macroescala “, agregó Wenzel, quien en el momento del estudio era un científico investigador asociado en el laboratorio de Rafael Yuste.

El estudio ofrece una base para comprender cómo la dinámica de los conjuntos neuronales locales podría contribuir a la pérdida o aparición de estados conscientes. Los autores señalaron que los estudios mecanísticos sobre el papel de los circuitos locales en la pérdida o ganancia de consciencia siguen siendo desafiantes, aunque esperan que su investigación se agregue a la ciencia básica de los circuitos neuronales.

 

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Referencia:

Wenzel et al. (2019). Reduced Repertoire of Cortical Microstates and Neuronal Ensembles in Medically Induced Loss of Consciousness. Cell Systems, vol 8, 1-8