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. Sin embargo, una investigación internacional en la que han participado miembros del Laboratorio de Neurociencia Clínica de la Universidad Politécnica de Madrid, recientemente publicada en la prestigiosa revista Nature Neuroscience ha revelado 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 científicos han descubierto que esta región emite unas ráfagas ultra-rápidas de actividad eléctrica, llamadas "ripples" (u ondulaciones de alta frecuencia), que actúan como un filtro estratégico sobre nuestra corteza visual.

Leyendo el cerebro humano en vivo

Para ello, los investigadores utilizaron 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”, explica Bryan Strange, director del Laboratorio de Neurociencia Clínica del CTB UPM y uno de los coautores del estudio.

El análisis de los datos reveló que la respuesta del cerebro se articula en tres pasos. La primera es la detección del caos. “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”, explica Strange. 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”, explica el investigador de la UPM.

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 Bryan Strange.

Aplicaciones futuras

Para los investigadores, más allá de entender mejor nuestra mente, este hallazgo tiene un enorme potencial clínico de cara al futuro. “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 European Research Council (ERC), ha sido fruto de una intensa colaboración internacional con más de una decena de instituciones implicadas. Así, además de la UPM, han participado también 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 Berlin.