Mapa sensorial

Áreas del cerebro

El mapa sensorial es un área del cerebro que responde a la estimulación sensorial y está organizada espacialmente de acuerdo con alguna característica de la estimulación sensorial. 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 cálculo neuronal y generalmente está ordenado de una manera 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 las áreas físicamente vecinas del cerebro reaccionen a estímulos físicamente similares en la periferia o porque permite un mayor control motor.

La corteza somatosensorial se encuentra adyacente a la corteza motora primaria, que está mapeada de manera similar. Los mapas sensoriales pueden desempeñar un papel importante en la facilitación de las respuestas motoras. Otros ejemplos de organización de mapas sensoriales pueden ser que las regiones cerebrales adyacentes estén relacionadas a través de la proximidad de los receptores que procesan, como en el mapa de la cóclea en el cerebro, o que se procesen características similares, como en el mapa de los detectores de características o el mapa retinotópico, o que se utilicen códigos de tiempo en la organización, como en los mapas del sentido de la orientación de un búho a través de la diferencia de tiempo interaural entre las orejas. Estos ejemplos existen en contraste con los patrones de procesamiento no mapeados o distribuidos aleatoriamente. Un ejemplo de un sistema de procesamiento sensorial no mapeado es el sistema olfativo, donde los olores no relacionados se procesan uno al lado del otro en el bulbo olfatorio. Además del procesamiento no mapeado y mapeado, los estímulos pueden procesarse bajo múltiples mapas, como en el sistema visual humano.

Neurobiología

Los mapas sensoriales se crean principalmente en la corteza somatosensorial, también llamada 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, cuando percibe diversos estímulos fuera del cuerpo, envía señales al cerebro. Estas señales son enviadas por diferentes partes del cuerpo, por ejemplo, el sistema auditivo, el sistema que utiliza el tacto y el sistema visual. ^[4] Cada sistema produce diferentes mapas sensoriales que están conectados para analizar el entorno de un organismo más a fondo. ^{[5] [2]} Para un sistema sensorial hay múltiples mapas que analizan el estímulo. Estos mapas trabajan juntos para recopilar información espacial, característica y de acción del entorno. ^[4] Un organismo luego actúa en función de la información que recibe y ya tiene. ^[1] Los científicos especulan que estas conexiones nerviosas han crecido cada vez más a lo largo de la vida de un organismo y también han sido transmitidas genéticamente por 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 poco probable que aparezcan fenómenos complejos de otra manera. Los mapas sensoriales también son muy antiguos en la historia evolutiva, ya que son casi ubicuos en todas las especies de 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 realizados por otras neuronas sensoriales en el pasado. ^[5] Además, para un sistema sensorial puede haber múltiples mapas diferentes que trabajen 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 ser modificados por estímulos ajenos a su creación original. Por ejemplo: si un mapa sensorial se ha realizado mediante estimulación visual, los estímulos auditivos, que expresan información diferente a la vista anteriormente, pueden modificar el mapa sensorial y hacerlo más preciso para comprender el entorno de un organismo. ^{[5] [1]} Los mapas sensoriales contienen una característica adaptativa que les permite conectarse a muchas neuronas diferentes y aun así obtener una comprensión del entorno de un organismo. Sin embargo, los mapas sensoriales pueden transmitirse genéticamente de generación en generación. ^[6]
• Relleno: cuando la estimulación sensorial se organiza en el cerebro en alguna forma de patrón topográfico, entonces el animal podría ser capaz de “rellenar” la información que falta utilizando regiones vecinas del mapa, ya que normalmente se activarán juntas cuando toda la información esté presente. La pérdida de señal de un área se puede rellenar con áreas adyacentes del cerebro si esas áreas son para partes relacionadas físicamente de la periferia. ^[1] Esto es evidente en estudios animales donde las neuronas que bordean un área cerebral lesionada o dañada (que solía procesar el sentido del tacto en una 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 adyacentes para crear una resolución más nítida entre los estímulos. Esto es evidente en el sistema visual de los humanos, donde se pueden detectar líneas nítidas entre las 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 actualidad 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, dentro de una película o un video donde se supone que el sonido y las imágenes deben estar sincronizados. Si el sonido tiene un ritmo diferente al de las imágenes en la pantalla, la inhibición lateral ayuda a una persona a discriminar entre cuándo el sonido y las imágenes estaban sincronizados y cuándo lo estaban. ^[8]
• Suma: 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 neuronales o entradas visuales con poca luz. ^[9] en el análisis de datos dentro de las ciencias y las corporaciones, porque ejemplifica el orden jerárquico que genera eficiencia. ^[6]
• Influencia conductual: Los mapas sensoriales están asociados con los reflejos motores que reaccionan a la información sensorial. ^{[1] [2]} En otras palabras, los sistemas sensorial y motor están entrelazados con los mapas sensoriales. Las reacciones a los estímulos se basan en un sistema jerárquico que organiza los estímulos más importantes a los menos importantes. El sistema motor reacciona o no reacciona según el nivel de importancia. ^[2]

Tipos

Mapas topográficos

Estos mapas pueden considerarse como un mapeo de la superficie del cuerpo sobre la estructura cerebral. Dicho de otra manera, los mapas topográficos están organizados en el sistema neuronal de una manera que es 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 del tacto, o tonotópica ^[11], como en el oído, y el mapa retinotópico que se presenta en el cerebro a medida que las células se organizan en la retina. Las neuronas en la superficie del cuerpo tienen importancia 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]

Los miembros fantasmas activan mapas sensoriales según los científicos. ^[3] Como no existe una conexión real entre la extremidad amputada y el resto del cuerpo, se supone que cuando la extremidad se separó del resto del cuerpo, los mapas sensoriales que se crearon antes de la amputación todavía están activos y se activan sin un estímulo real. ^[3]

Ejemplos

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

Mapas computacionales

Estos mapas están organizados completamente en el sistema neuronal 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 construya mediante computación neuronal, que es cuando el cerebro relaciona dos o más bits de información para obtener alguna información nueva de ellos, puede combinarse para cambiar el mapa sensorial ya existente para incluir la nueva información. A menudo, estos mapas implican comparar, como realizar una resta para obtener un retraso de tiempo, dos estímulos, como la información sonora entrante de diferentes oídos, para producir un nuevo bit de información valiosa sobre esos estímulos, como su origen. El proceso que se acaba de describir tiene lugar en el sistema neuronal del búho muy rápidamente. ^[5]

Ejemplos

• El Mapa de Jeffres fue una teoría que explicaba cómo el cerebro podría calcular las diferencias de tiempo interaural (ITD), o las diferencias en el tiempo de llegada de un estímulo entre los dos oídos. Jeffres fue famoso por producir un mecanismo teórico para hacer un mapa de lugares a partir de información de tiempo, lo que explicaba cómo algunos animales podían parecer tener un "mapa de búsqueda" para saber de dónde provenía un sonido. El sistema neuronal calcula esta ITD en el sistema auditivo del búho y se descubrió que el sistema neuronal real coincidía casi exactamente con la teoría del Mapa de Jeffres. ^[14] El Mapa de Jeffres muestra cómo se utilizan las señales de 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 está bien estudiado en las ranas. Se sabe que las ranas detectan características específicas "similares a las de un gusano" en su entorno y, controladas completamente por el sistema neuronal, se abalanzarán sobre ellas incluso si son una serie de cuadrados blancos en una línea que imita a un gusano básico. ^[15] La creación de ilusiones dentro de nuestros mapas sensoriales es una forma en que los organismos rellenan la información desconocida sobre su entorno. ^[3]
• También existe una comparación de modulación de frecuencia con 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 en el trabajo de Suga. ^[16]
• Cuando se estudiaron los sistemas motor y sensorial a partir de los peces, los científicos descubrieron que se podían crear mapas computacionales entre ambos. Los peces cuyo sistema nervioso central se inactivó, para un apéndice específico, ajustaron su comportamiento natural anterior. Los científicos creen que la información sensorial a menudo precede a las acciones y decisiones que toman los organismos. Por lo tanto, cuando hay información adicional proporcionada por estímulos externos, o falta de ella, su comportamiento cambia para adaptarse al nuevo entorno. ^[2]

Mapas abstractos

Los mapas abstractos son mapas que también se crean mediante estímulos externos a un organismo, pero que no tienen una superficie mediante la cual crear un mapa en el cerebro. Están ordenados como los mapas topográficos y computacionales, pero sus características son abstractas. Este tipo de mapas se asocian con la visión del color. ^[6]

Referencias

1. Juliano, Sharon L (13 de marzo de 1998). "Mapping the Sensory Mosaic". Science . 279 (5357): 1653–1654. doi :10.1126/science.279.5357.1653. JSTOR  2894334. PMID  9518376. S2CID  12060899.
2. 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. 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. 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. 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. 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 después de la pérdida sensorial en monos macacos. Journal of Neuroscience. Vol 28(43): 11042–11060
8. 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: Biological Sciences . 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, Tendencias en neurociencias. 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 un 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 después de un 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, págs. 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

Enlaces externos

• [1]