En un nuevo estudio de rastreo de circuitos en todo el cerebro, los científicos del Instituto Picower para el Aprendizaje y la Memoria del MIT centraron la atención selectiva en un circuito que gobierna, adecuadamente, la atención selectiva. Los mapas integrales que produjeron ilustran cuán ampliamente el cerebro de los mamíferos incorpora e integra información para enfocar sus recursos sensoriales en sus objetivos.

Trabajando en ratones, el equipo rastreó miles de entradas en el circuito, un circuito de comunicación entre la corteza cingulada anterior (ACC) y el tálamo lateral posterior (LP). En los primates, el LP se llama pulvinar. Los estudios en humanos y primates no humanos han indicado que la interacción de estas dos regiones es fundamental para las funciones cerebrales, como poder concentrarse en un objeto de interés en una escena llena de gente, dice el coautor principal del estudio, Yi Ning Leow, estudiante graduado en el laboratorio de la autora principal Mriganka Sur , profesora de Newton en el Departamento de Ciencias del Cerebro y Cognitivas del MIT. La investigación ha implicado la disfunción en el circuito en los trastornos que afectan la atención, como el autismo y el trastorno por déficit de atención/hiperactividad.

El nuevo estudio del Journal of Comparative Neurology amplía lo que se sabe sobre el circuito al detallarlo en ratones, dice Leow, lo que demuestra de manera importante que el circuito del ratón es muy similar a la versión de los primates, incluso si el LP es proporcionalmente más pequeño y menos evolucionado que el pulvinar. .

“En estos modelos de roedores pudimos encontrar circuitos muy similares”, dice Leow. “Entonces, posiblemente también podamos estudiar estas funciones de orden superior en ratones. Tenemos muchas más herramientas genéticas en ratones, por lo que podemos observar mejor este circuito”.

El estudio, también codirigido por el ex estudiante del MIT Blake Zhou, proporciona una hoja de ruta detallada en el modelo de ratón experimentalmente accesible para comprender cómo el ACC y el LP cooperan para producir atención selectiva. Por ejemplo, ahora que Leow y Zhou han localizado todas las entradas que están conectadas al circuito, Leow está accediendo a esas fuentes para espiar la información que transportan. Mientras tanto, está correlacionando ese flujo de información con el comportamiento.

“Este estudio sienta las bases para comprender uno de los componentes más importantes, pero más difíciles de alcanzar, de la función cerebral, a saber, nuestra capacidad para atender selectivamente una cosa entre varias, así como cambiar la atención”, dice Sur.  

Un conjunto de neuronas en forma de rodilla brilla en azul sobre un fondo negro.  Las líneas grises delimitan las regiones del cerebro como los bordes de un mapa.

Las neuronas que se proyectan al LP son visibles en las regiones ACC del cerebro de un ratón (ACAd y ACAv). Los números indican capas corticales. Las líneas denotan los límites de la región del cerebro. Imagen: Ning Leow/Instituto Picower

Usando técnicas de rastreo de circuitos mediadas por virus iniciadas por el coautor Ian Wickersham, científico investigador principal en ciencias cognitivas y del cerebro y el Instituto McGovern para la Investigación del Cerebro en el MIT, el equipo encontró distintas fuentes de información para el ACC y el LP. En términos generales, el estudio detallado encuentra que la mayoría de las entradas al ACC procedían de áreas de la corteza frontal que normalmente gobiernan la planificación dirigida a objetivos y de áreas visuales superiores. Mientras tanto, la mayor parte de las entradas al LP procedían de regiones más profundas capaces de proporcionar contexto, como las necesidades del mouse, la ubicación y las señales espaciales, información sobre el movimiento e información general de una combinación de sentidos.

Entonces, aunque enfocar la atención puede parecer una cuestión de controlar los sentidos, dice Leow, el circuito también atrae mucha otra información.

“Estamos viendo que no es solo sensorial, hay muchas entradas que también provienen de áreas no sensoriales, tanto subcorticales como corticales”, dice ella. “Parece estar integrando muchos aspectos diferentes que podrían relacionarse con el estado de comportamiento del animal en un momento dado. Proporciona una forma de proporcionar mucho contexto interno y especial para esa información sensorial”.

Dados los distintos conjuntos de entradas para cada región, el ACC puede tener la tarea de centrar la atención en un objeto deseado, mientras que el LP modula la forma en que el ACC realiza esos cálculos, teniendo en cuenta lo que sucede tanto dentro como fuera del animal. Decodificar cuál es la información contextual entrante y qué le dice el LP al ACC son los próximos pasos clave, dice Leow. Otro conjunto claro de preguntas que plantea el estudio son cuáles son las salidas del circuito. En otras palabras, después de integrar toda esta información, ¿qué hace con ella?

Los otros autores del artículo son Heather Sullivan y Alexandria Barlowe.

Una Beca Nacional de Ciencias, los Institutos Nacionales de Salud y la Fundación JPB brindaron apoyo para el estudio.