Ritmos Alfa y Theta

Las oscilaciones de rango medio incluyen las ondas Theta y Alfa. Los ritmos alfa de 8 a 12 Hz se observaron por primera vez en la corteza occipital cuando los sujetos humanos estaban relajados o cerraban los ojos. Sin embargo, ahora se sabe que las ondas alfa y theta (4-7 Hz) están implicadas en diferentes tareas de vigilia en muchas partes del cerebro. En muchos casos, estas ondas cercanas a los 10 Hz parecen coordinar oscilaciones más rápidas. En un sentido muy amplio, las ondas cercanas a los 10 Hz pueden funcionar como un «reloj de sistema» generalizado para muchas partes del cerebro. Por ejemplo, se sabe que las ondas theta facilitan la codificación de los recuerdos episódicos temporales en la memoria episódica a largo plazo. En la corteza motora, los ritmos alfa están implicados en la inhibición de las acciones planificadas. En el lóbulo frontal, las ondas alfa están implicadas en el almacenamiento de la memoria momentánea, y algunos investigadores consideran que tanto la sincronía como la desincronía de las ondas alfa pueden desempeñar un papel en los procesos cognitivos. Incluso el límite entre theta y alfa no está necesariamente claro, y algunos investigadores creen que estas ondas no son necesariamente estables en su rango convencional.

Los periodos científicos de rápido descubrimiento suelen parecer confusos hasta que se asientan en algún patrón estable de evidencia. Dado que la ciencia empírica es impredecible, no sabemos en este momento si el espectro de las ondas cerebrales se dividirá limpiamente en rangos de frecuencia o si las diferentes localizaciones cerebrales resultarán tener oscilaciones bastante diferentes.

Sin embargo, existe un acuerdo razonable de que las oscilaciones alfa/theta cerca de 10 Hz interactúan con oscilaciones más rápidas. Una propuesta es que las ondas cerebrales se asemejan al espectro de la radio, con «frecuencias portadoras» moduladas (por amplitud, como en la radio AM), o por frecuencia (FM). En el caso de las ondas de radio, las emisoras generan radiaciones electromagnéticas en frecuencias de sintonía específicas (como se puede ver en el dial AM o FM). Los receptores de radio pueden sintonizar las principales frecuencias. Dado que el habla y la música implican oscilaciones más rápidas, éstas son «transportadas» por las frecuencias de sintonización estándar.

En el caso del cerebro, se cree que las ondas theta a veces funcionan como ondas portadoras y que las neuronas individuales pueden sintonizar sus propios patrones de disparo en relación con alguna onda theta generalizada (Canolty et al., 2006). Dado que se trata de cuestiones abiertas en las fronteras científicas, simplemente no sabemos con exactitud cómo se resolverán a largo plazo.

Actualmente no hay acuerdo sobre el rango de las oscilaciones más rápidas, a menudo llamadas beta y gamma. Se ha informado de ritmos funcionales de hasta 200 Hz e incluso (brevemente) de 600 Hz. Dado que constantemente aparecen nuevos hallazgos, tiene más sentido describir tres rangos de frecuencia (véase la figura 8.1). Las oscilaciones de rango medio incluyen las clásicas alfa y theta, cercanas a los 10 Hz. El ritmo de los nuevos descubrimientos es ahora tan rápido que podemos esperar ver una aclaración mucho mayor sobre estas cuestiones.

Ahora se ha observado una gama de frecuencias para el procesamiento sensorial, la mejora atencional de la entrada sensorial y la memoria de trabajo y a largo plazo. La sincronía es natural y útil para la señalización en un sistema oscilatorio como el cerebro. A veces no se consigue una sincronía perfecta, por lo que hay un breve desfase entre el pico de la onda en un lugar (como el hipocampo) y otro (como el lóbulo frontal). En esos casos, el mejor término es bloqueo de fase o coherencia de fase, un poco como un ritmo sincopado «fuera de compás» en la música. Se trata de una sincronía con un desfase temporal.

Las neuronas individuales tienen un tiempo de integración temporal de unos 10 ms, el periodo en el que las entradas dendríticas pueden sumarse para aumentar la probabilidad de un único pico de salida axonal (véase el capítulo 3). Un grupo de neuronas interconectadas puede reforzar las tasas de disparo de las demás entre 30 y 100 Hz mediante el suministro de entradas sinápticas dentro de la ventana de 10 ms. Si dos neuronas excitatorias se señalan mutuamente a una tasa de 50 Hz, por ejemplo, es posible mantener un bucle de retroalimentación excitatoria, porque las señales convergentes pueden llegar dentro del periodo crítico de 10 ms. Sin embargo, las tasas de disparo neuronal por debajo de 30 Hz pueden no ser integradas por las neuronas objetivo porque los diferentes picos pueden llegar demasiado tarde para tener efectos aditivos. Por lo tanto, se cree que un grupo de neuronas que se dispara en el rango beta-gamma ejercerá un impulso más fuerte hacia las neuronas de abajo que las frecuencias más bajas. Obviamente, las redes cerebrales reales son más complejas y tienen elementos tanto inhibitorios como excitatorios. Sin embargo, estos puntos básicos se aplican a las neuronas en general y han obtenido una buena cantidad de apoyo empírico directo.

La transmisión de radio tiene algunas similitudes con la sincronía oscilatoria en el cerebro. La existencia de la radio AM y FM sugiere al menos dos formas en las que los ritmos cerebrales pueden procesar la información en el cerebro. Pero hay muchos más esquemas de codificación. Los ritmos cerebrales podrían servir como relojes, y pueden utilizar pulsos simples o una serie de pulsos como el código Morse. Diferentes neuronas pueden utilizar las señales de diferentes maneras, quizás en combinación con diferentes moléculas y sinapsis.

La televisión es un ejemplo de código espaciotemporal, en el que la señal de emisión recorre cada línea de la pantalla de arriba a abajo. Las pantallas de ordenador utilizan una codificación espacio-temporal similar. Es probable que los ritmos cerebrales también coordinen mapas visuotópicos, somatotópicos y motores. Como hemos mencionado, el cerebro es rico en mapas topográficos, que representan conjuntos de entradas sensoriales o mapas neuromusculares a varios niveles de abstracción (véase el capítulo 5).

La evolución ha explotado las propiedades rítmicas de las neuronas durante cientos de millones de años. Por ello, no debemos esperar encontrar un único código neuronal. Lo que sí sabemos es que los ritmos cerebrales están muy extendidos y que están asociados a funciones conocidas.

Por último, las ondas también pueden interferir entre sí. Si se coloca un receptor de radio junto a un ordenador, se oirá una ráfaga de ruido cada vez que se pulse el teclado. Esto se debe a que cada pulsación de una tecla desencadena una señal electromagnética que se irradia al espacio circundante. La interferencia de ondas es un fenómeno fundamental en la física de la radiación. La interferencia puede tener importantes usos en el cerebro, pero también podría degradar el procesamiento de la información neuronal. Sólo estamos empezando a comprender el papel de los ritmos cerebrales, pero es probable que la interferencia de ondas también tenga efectos.