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Articulo de referencia

Mapa sensorial

Los mapas sensoriales son áreas del cerebro que responden a la estimulación sensorial y se organizan espacialmente según alguna característica de dicha estimulación. En algunos ...

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Los mapas sensoriales son áreas del cerebro que responden a la estimulación sensorial y se organizan espacialmente según alguna característica de dicha estimulación. En algunos casos, el mapa sensorial es simplemente una representación topográfica de una superficie sensorial, como la piel , la cóclea o la retina . En otros casos, representa otras propiedades del estímulo resultantes del procesamiento neuronal y, por lo general, se organiza de forma que refleja la periferia. Un ejemplo es el mapa somatosensorial, que es una proyección de la superficie de la piel en el cerebro que organiza el procesamiento de la sensación táctil. Este tipo de mapa somatotópico es el más común, posiblemente porque permite que áreas del cerebro físicamente vecinas reaccionen a estímulos físicamente similares en la periferia o porque permite un mayor control motor.

La corteza somatosensorial es adyacente a la corteza motora primaria, que presenta una organización similar. Los mapas sensoriales pueden desempeñar un papel importante en la facilitación de las respuestas motoras. Otros ejemplos de organización de mapas sensoriales incluyen la relación entre regiones cerebrales adyacentes a través de la proximidad de los receptores que procesan, como en el mapa de la cóclea; el procesamiento de características similares, como en el mapa de los detectores de características o el mapa retinotópico; o el uso de códigos temporales en la organización, como en los mapas del sentido de la orientación de un búho mediante la diferencia de tiempo interaural entre sus oídos. Estos ejemplos contrastan con los patrones de procesamiento no organizados o distribuidos aleatoriamente.

Neurobiología

Los mapas sensoriales se crean principalmente dentro de la corteza somatosensorial, también conocida como corteza sensorial. [ 1 ] El sistema nervioso central está conectado a esta corteza y a todas las demás partes del cuerpo de un organismo. [ 2 ] Tanto la corteza somatosensorial como el sistema nervioso central están formados por neuronas que crean asociaciones entre sí para transmitir impulsos eléctricos por todo el cuerpo. [ 3 ]

El sistema nervioso central, al percibir diversos estímulos externos al cuerpo, envía señales al cerebro. Estas señales son enviadas por diferentes partes del cuerpo, como el sistema auditivo, el sistema táctil y el sistema visual. [ 4 ] Cada sistema produce distintos mapas sensoriales que se conectan para analizar el entorno del organismo con mayor detalle. [ 5 ] [ 2 ] Para un sistema sensorial, existen múltiples mapas que analizan el estímulo. Estos mapas trabajan conjuntamente para obtener información espacial, característica y de acción del entorno. [ 4 ] El organismo actúa entonces en función de la información que recibe y que ya posee. [ 1 ] Los científicos especulan que estas conexiones nerviosas han crecido progresivamente a lo largo de la vida del organismo y que también se han transmitido genéticamente de generaciones anteriores. [ 6 ]

Funciones

Las áreas de procesamiento sensorial mapeadas son un fenómeno complejo y, por lo tanto, deben servir como una ventaja adaptativa, ya que es muy improbable que los fenómenos complejos aparezcan de otra manera. Los mapas sensoriales también son muy antiguos en la historia evolutiva, ya que son casi omnipresentes en todas las especies animales y se encuentran en casi todos los sistemas sensoriales. La naturaleza dinámica de las neuronas, que recopilan información sensorial para crear estos mapas, permite que diferentes estímulos cambien los mapas creados por otras neuronas sensoriales en el pasado. [ 5 ] Además, para un sistema sensorial puede haber múltiples mapas diferentes trabajando juntos para analizar diferentes aspectos de un estímulo. [ 4 ] Algunas ventajas de los mapas sensoriales han sido dilucidadas por la exploración científica:

  • Adaptación: Los mapas sensoriales pueden ajustarse mediante estímulos externos a su creación original. Por ejemplo: si un mapa sensorial se ha creado mediante estimulación visual, los estímulos auditivos, que expresan información diferente a la vista previamente, pueden ajustarlo y mejorar la comprensión del entorno del organismo. [ 5 ] [ 1 ] Los mapas sensoriales poseen una característica adaptativa que les permite conectarse con diversas neuronas y aun así comprender el entorno del organismo. Además, los mapas sensoriales pueden transmitirse genéticamente de generación en generación. [ 6 ]
  • Relleno: Cuando la estimulación sensorial se organiza en el cerebro siguiendo algún patrón topográfico, el animal puede "rellenar" la información faltante utilizando regiones vecinas del mapa, ya que estas suelen activarse simultáneamente cuando toda la información está presente. La pérdida de señal de un área puede compensarse con información de áreas adyacentes del cerebro si estas corresponden a partes de la periferia físicamente relacionadas. [ 1 ] Esto se evidencia en estudios con animales donde las neuronas que bordean un área cerebral lesionada o dañada (que procesa el sentido del tacto en la mano) recuperan el procesamiento de esa región sensorial porque procesan información de áreas adyacentes de la mano. [ 7 ]
  • Inhibición lateral: La inhibición lateral es un principio organizador que permite el contraste en muchos sistemas, desde el visual hasta el somatosensorial. Esto significa que si las áreas adyacentes se inhiben entre sí, la estimulación que activa una región cerebral puede inhibir simultáneamente las regiones cerebrales contiguas para crear una resolución más nítida entre los estímulos. Esto es evidente en el sistema visual humano, donde se pueden detectar líneas nítidas entre regiones claras y oscuras debido a células simples que inhiben a sus vecinas. Los estudios muestran que dos tipos diferentes de estímulos pueden enviar señales al sistema nervioso central y el más reciente puede alterar el otro estímulo. La construcción de mapas sensoriales a través de la inhibición sensorial puede verse muy afectada por el tiempo. La recencia y la repetición entre dos estímulos que están asociados entre sí ajustarán los mapas sensoriales para crear la comprensión más precisa del entorno de una persona. [ 8 ] La inhibición lateral también ayuda a discriminar entre dos estímulos diferentes cuando se supone que deben combinarse. Por ejemplo, en una película o video donde se supone que el sonido y las imágenes deben ser sincrónicos. Si el sonido tiene una sincronización diferente a la de las imágenes en la pantalla, la inhibición lateral ayuda a una persona a discriminar entre cuando el sonido y las imágenes estaban sincronizados y cuando no lo estaban. [ 8 ]
  • Resumen: La organización también permite sumar estímulos relacionados en la evaluación neuronal de la información sensorial. Ejemplos de esto se encuentran en la suma de entradas táctiles a nivel neuronal o entradas visuales en condiciones de poca luz. [ 9 ] en el análisis de datos dentro de las ciencias y las corporaciones, porque ejemplifica un orden jerárquico que genera eficiencia. [ 6 ]
  • Influencia conductual: Los mapas sensoriales se asocian con reflejos motores que reaccionan a la información sensorial. [ 1 ] [ 2 ] En otras palabras, los sistemas sensorial y motor están interconectados mediante mapas sensoriales. Las reacciones a los estímulos se basan en un sistema jerárquico que organiza los estímulos de mayor a menor importancia. El sistema motor reacciona o no reacciona según el nivel de importancia. [ 2 ]

Tipos

Mapas topográficos

Estos mapas pueden considerarse como una representación de la superficie del cuerpo sobre la estructura cerebral. Dicho de otro modo, los mapas topográficos se organizan en el sistema neural de manera que constituyen una proyección de la superficie sensorial dentro del cerebro. Esto significa que la organización en la periferia refleja el orden del procesamiento de la información en el cerebro. Esta organización puede ser somatotópica, [ 10 ] como en el sentido táctil, o tonotópica, [ 11 ] como en el oído, y el mapa retinotópico, que se organiza en el cerebro según la disposición de las células en la retina. Las neuronas en la superficie del cuerpo son importantes en nuestra vida cotidiana. Hay más neuronas conectadas a las partes de la superficie del cuerpo cuando las funciones de la neurona son más importantes que las de otras neuronas en relación con nuestro bienestar. [ 3 ]

Según los científicos, los miembros fantasma activan mapas sensoriales. [ 3 ] Dado que no existe una conexión real entre el miembro amputado y el resto del cuerpo, se supone que, al separarse el miembro del resto del cuerpo, los mapas sensoriales creados antes de la amputación siguen activos y se activan sin un estímulo real. [ 3 ]

Ejemplos

  • Wilder Penfield [ 12 ] descubrió el mapa topográfico original en forma del homúnculo somatosensorial interno . Su trabajo sobre los sistemas neuronales humanos demostró que las áreas cerebrales que procesan las sensaciones táctiles se organizan de la misma manera que el cuerpo. Este mapa sensorial exagera ciertas regiones con muchas células sensoriales periféricas, como los labios y las manos, mientras que reduce el espacio relativo para áreas de procesamiento con pocos receptores, como la espalda.
  • Las células ciliadas del sistema auditivo presentan una organización tonotópica. [ 13 ] Esta disposición tonotópica implica que las células están dispuestas para abarcar desde frecuencias bajas hasta frecuencias altas y se procesan en esa misma organización dentro del cerebro.

Mapas computacionales

Estos mapas se organizan completamente en el sistema neural o de una manera que no está presente en la periferia. La información sensorial para los mapas computacionales proviene de estímulos auditivos y visuales. Por lo tanto, cualquier información auditiva o visual que se construye mediante computación neural , que es cuando el cerebro relaciona dos o más bits de información para obtener información nueva a partir de ellos, puede combinarse para cambiar el mapa sensorial ya existente e incluir la nueva información. A menudo, estos mapas implican comparar, como realizar una resta para obtener un retardo de tiempo, dos estímulos, como información sonora entrante de diferentes oídos, para producir un nuevo bit de información valiosa sobre esos estímulos, como su origen. El proceso que acabamos de describir tiene lugar en el sistema neural del búho muy rápidamente. [ 5 ]

Ejemplos

  • El mapa de Jeffres fue una teoría sobre cómo el cerebro podría calcular las diferencias de tiempo interaurales (ITD), o diferencias en el tiempo de llegada del estímulo entre los dos oídos. Jeffres fue famoso por producir un mecanismo teórico para crear un mapa espacial a partir de información temporal, lo que explicaba cómo algunos animales podían parecer tener un "mapa de búsqueda" para saber de dónde provenía un sonido. El sistema neural calcula esta ITD en el sistema auditivo del búho y se descubrió que el sistema neural real coincidía casi exactamente con la teoría del mapa de Jeffres. [ 14 ] El mapa de Jeffres muestra cómo se utilizan las señales ITD para determinar la distancia y la dirección en el búho.
  • Los detectores de características en un sistema visual son otro ejemplo de mapas computacionales. Ninguna parte del sistema físico de los ojos analiza características como lo hacen las células simples del cerebro. Este sistema ha sido ampliamente estudiado en ranas. Se sabe que las ranas detectan características específicas con forma de gusano en su entorno y, controladas completamente por el sistema nervioso, se abalanzan sobre ellas incluso si se trata de una serie de cuadrados blancos en línea que imitan un gusano básico. [ 15 ] La creación de ilusiones dentro de nuestros mapas sensoriales es una forma en que los organismos completan la información desconocida sobre su entorno. [ 3 ]
  • También existe una comparación de modulación de frecuencia a modulación de frecuencia en el sistema auditivo de los murciélagos , que se utiliza en la ecolocalización. Esta comparación FM-FM determina el aleteo de su objetivo y se hizo famosa gracias al trabajo de Suga. [ 16 ]
  • Al estudiar los sistemas motor y sensorial en peces, los científicos descubrieron que se podían establecer conexiones computacionales entre ambos. Los peces cuyo sistema nervioso central fue inactivado en un apéndice específico ajustaron su comportamiento natural previo. Los científicos creen que la información sensorial suele preceder a las acciones y decisiones de los organismos. Por lo tanto, cuando reciben información adicional de estímulos externos, o cuando esta falta, su comportamiento cambia para adaptarse a nuevos entornos. [ 2 ]

Mapas abstractos

Los mapas abstractos son mapas que también se crean mediante estímulos externos a un organismo, pero carecen de una superficie que los plasme en el cerebro. Están ordenados como los mapas topográficos y computacionales, pero sus características son abstractas. Este tipo de mapas se asocia con la percepción del color. [ 6 ]

Referencias

  1. 1 2 3 4 5 Juliano, Sharon L (13 de marzo de 1998). "Mapeando el mosaico sensorial". Science . 279 (5357): 1653– 1654. doi : 10.1126/science.279.5357.1653 . JSTOR 2894334 . PMID 9518376 . S2CID 12060899 .   
  2. 1 2 3 4 5 Metzner, W; Juranek, J (23 de diciembre de 1997). "¿Un mapa cerebral sensorial para cada comportamiento?" . Actas de la Academia Nacional de Ciencias . 94 (26): 14798– 803. Bibcode : 1997PNAS...9414798M . doi : 10.1073/pnas.94.26.14798 . JSTOR 43698 . PMC 25117 . PMID 9405693 .   
  3. 1 2 3 4 5 Groh, Jennifer M (2014). Mapas cerebrales y lunares . Harvard University Press. págs. 69–106 . doi : 10.2307/j.ctt9qdt4n.6 . ISBN  9780674863217. JSTOR j.ctt9qdt4n.6 . 
  4. 1 2 3 Young, Eric D (3 de febrero de 1998). "Procesamiento paralelo en el sistema nervioso: evidencia de mapas sensoriales" . Actas de la Academia Nacional de Ciencias . 95 (3): 933– 934. Bibcode : 1998PNAS...95..933Y . doi : 10.1073/pnas.95.3.933 . JSTOR 44210. PMC 33819. PMID 9448262 .   
  5. 1 2 3 4 Stryker, Michael P (7 de mayo de 1999). " Mapas sensoriales en movimiento" . Science . 284 (5416): 925– 926. doi : 10.1126/science.284.5416.925 . JSTOR 2899194. PMC 2866372. PMID 10357679 .   
  6. 1 2 3 4 Kohonen, Teuvo (15 de junio de 2003). "Mapas autoorganizados de eventos sensoriales" . Philosophical Transactions of the Royal Society of London. Serie A: Ciencias matemáticas, físicas y de ingeniería . 361 ( 1807): 1177– 1186. Bibcode : 2003RSPTA.361.1177K . doi : 10.1098/rsta.2003.1192 . PMID 12889459. S2CID 61521744 .  
  7. ↑ Jain, N., Qi, HX, Collins, CE y Kass, JH (1989), Reorganización a gran escala en la corteza somatosensorial y el tálamo tras la pérdida sensorial en monos macacos. Journal of Neuroscience. Vol. 28(43): 11042–11060
  8. 1 2 Roseboom, Warrick; Linares, Daniel; Nishida, Shin'ya (22 de abril de 2015). "Adaptación sensorial para la percepción del tiempo" . Actas de la Royal Society B: Ciencias Biológicas . 282 (1805): 1. doi : 10.1098/rspb.2014.2833 . PMC 4389610. PMID 25788590 .  
  9. ↑ Laughlin, S. (1989), El papel de la adaptación sensorial en la retina. Journal of Experimental Biology. 146, 39-6
  10. ↑ Killackey, HP, Rhoadesb, RW, Bennet-Clarke, CA, (1995), La formación de un mapa somatotópico cortical, Trends in Neurosciences. Vol.18(9), 402-407
  11. ↑ Kaltenbach JA, Czaja JM, Kaplan CR., (1992), Cambios en el mapa tonotópico del núcleo coclear dorsal tras la inducción de lesiones cocleares por exposición a sonido intenso. Hearing Research. 59(2):213-23
  12. ↑ Penfield, W., Rasmussen, T., (1950), La corteza cerebral del hombre: un estudio clínico de la localización de la función, Macmillan.
  13. ↑ RV, Ibrahim, D., y Mount, RJ, (1998), Plasticidad de los mapas tonotópicos en el mesencéfalo auditivo tras daño coclear parcial en la chinchilla en desarrollo, Experimental Brain Research. Vol 123(4), 1432-1106
  14. ↑ Carr, CE, Konishi, M., (1988), Líneas de retardo axonal para la medición del tiempo en el tronco encefálico del búho. Neurobiología. Vol. 85, pp. 8311-8315
  15. ↑ Carew, TJ (2000), Neurobiología del comportamiento: La organización celular del comportamiento natural, Sinauer Associates.
  16. ↑ Suga, N. (1989), Principios del procesamiento de la información auditiva derivados de la neuroetología. Journal of Experimental Biology. Vol 146(1): 277-286