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Los investigadores utilizan el dispositivo especial de la grabación de la “micro-rejilla” para medir actividad del hipocampo

Los investigadores en Uc San Francisco han observado una nueva característica de la actividad de los nervios en el hipocampo - el cubo de la memoria del cerebro - que puede explicar cómo esta región vital del cerebro combina un alcance diverso de entradas en las memorias de varias capas que pueden ser revocadas más adelante.

Usando un dispositivo especial de la grabación de la “micro-rejilla” desarrollado por los colegas en el laboratorio nacional de Lorenzo Livermore (LLNL), los investigadores de UCSF podían medir actividad del hipocampo en los participantes del estudio que experimentaban cirugía para tratar epilepsia severa.

Descubrieron que las ondas cerebrales viajan hacia adelante y hacia atrás a través de esta estructura, integrando mensajes de diversas áreas del cerebro, y mostrado por primera vez qué científicos habían podido previamente solamente presumir.

Las “grabaciones del cerebro son una parte importante de cirugía de la epilepsia que conduce,” dijo a Edward Chang, Doctor en Medicina, doctorado, silla del departamento de la cirugía neurológica y el autor mayor en el estudio, que aparece 12 de mayo en comunicaciones de la naturaleza. “La nueva tecnología de alta densidad de la rejilla del electrodo usada aquí permitió que consideráramos una propiedad nueva de la actividad hippocampal que era previamente desconocida.”

Chang se especializa en tratar epilepsia con la neurocirugía, durante la cual el hipocampo, una estructura larga profundamente el cerebro dentro de un área llamada el lóbulo temporal, se expone y a veces completo o se quita parcialmente. El hipocampo puede ser una fuente de las capturas para la gente con epilepsia y es una de las primeras regiones del cerebro afectadas en enfermedad de Alzheimer.

Los estudios anteriores habían sugerido que las ondas de la actividad en el hipocampo viajan solamente en una dirección: del extremo trasero, que codifica la mayor parte de la información sobre la situación física, al frente, que codifica la mayoría de la información emocional.

A Jon Kleen, Doctor en Medicina, doctorado, autor importante en el estudio y profesor adjunto de la neurología en el instituto de Weill para las neurologías, este viaje unidireccional no era suficiente explicar cómo esta pequeña región del cerebro maneja conectar tipos múltiples de información para formar una memoria.

Como un ejemplo, él dijo, imagínese que usted ha perdido sus llaves en Times Square.

Usted recuerda el espacial “donde” el aspecto - Times Square - pero usted también recuerda la sensación emocional 'Ack, perdió mis llaves!.”

Jon Kleen, Doctor en Medicina, doctorado, autor importante y profesor adjunto, neurología, instituto del estudio de Weill para las neurologías

Para tramitar una memoria, Kleen observó, allí debe ser una cierta manera de integrar muchas partes de una memoria juntas. Para lograr esto, él conjeturó, él tendría sentido para que las ondas cerebrales viajen vía las rutas múltiples a la información de proceso.

El arsenal de electrodo modificado para requisitos particulares da la vista bidimensional de las ondas cerebrales

En un esfuerzo de probar esta hipótesis, Chang y Kleen partnered con Razi Haque, guía implantable del grupo de los microsistemas en el LLNL, para desarrollar un dispositivo que podría dar un retrato de alta resolución, bidimensional de la actividad de los nervios. Haque ayudó a crear un dispositivo más pequeño que una moneda de diez centavos, conteniendo 32 electrodos espació 2 milímetros aparte en un polímero flexible que podría ajustarse a la forma del hipocampo.

Durante cirugía, Chang puso suavemente el arsenal de electrodo directamente en los hipocampos de seis diversos pacientes quirúrgicos para vigilar actividad eléctrica mientras que los pacientes descansaron. Usando algoritmos tales como aprendizaje de máquina analizar los datos, las personas encontraron que no sólo lo hacen viaje ambos de las ondas cerebrales arriba y abajo del hipocampo, pero que pueden ser predichas las direcciones que se mueven.

Las personas también encontraron que a veces, las ondas de dos diversas frecuencias estarían presentes inmediatamente, moviéndose en diversa diversa información de las direcciones y potencialmente el llevar. El encontrar presta nuevo discernimiento en cómo el hipocampo puede integrar la información que viene de áreas múltiples del cerebro en memorias detalladas.

Cambios de dirección de la onda con actividad cognoscitiva

Dos de los pacientes eran despiertos y que obraban recíprocamente durante cirugía. Kleen podía mostrarles las fotos de objetos comunes, tales como un perro, y los pide para revocar la palabra para él. Los datos del electrodo mostraron que mientras que un paciente revocaba la palabra, los ciclos de la actividad viajaron constantemente desde detrás del hipocampo hacia adelante.

Segundos después, los ciclos de la actividad cambiaron, viajando en la dirección opuesta. “La dirección del viaje de la onda puede ser un biomarker que refleja el proceso cognoscitivo que contratan al paciente hacia adentro en ese momento,” Kleen dijo.

Estas observaciones iniciales son apenas la punta del iceberg, él dijo. Los pasos siguientes son hacer observaciones con un equipo incluso más de alta resolución de electrodos y observar actividad neuronal en los pacientes que realizan tareas cognoscitivas más complejas. Final, él espera que la información ganada podría llevar a los tratamientos usando el estímulo profundo del cerebro para aumentar las terapias del neurostimulator que están mostrando gran éxito en epilepsia.

“La meta de esta investigación es acelerar nuestra comprensión de cómo el hipocampo funciona, de modo que poder dirigir el daño a él que vemos en pacientes con epilepsia y la enfermedad de Alzheimer,” a Kleen dijo. “Si encontramos que, en algunos pacientes, las ondas no viajan de la manera apropiada, podemos diseñar configuraciones más sofisticadas del estímulo que puedan ser más efectivas en la prevención de capturas o restablecer la cognición.”

Source:
Journal reference:

Kleen, J. K., et al. (2021) Bidirectional propagation of low frequency oscillations over the human hippocampal surface. Nature Communications. doi.org/10.1038/s41467-021-22850-5.