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miércoles, 6 de marzo de 2013

Oscilaciones de la banda gamma y cierre perceptual en bebés

En 2000 Gergely Csibra, G. Davis, M. W. Spratling y M. H. Johnson publicaron en Science un reporte sobre la presencia de oscilaciones de la banda gama en el electroencefalograma de bebés de 8 meses de edad ante una ilusión visual que requería "cierre" de la figura. Las oscilaciones que se mostraron en el cerebro de los bebés fueron muy similares a las descritas en adultos ante la misma clase de estímulos. Veamos en detalle el trabajo de estos investigadores.

Introducción
Una larga controversia se ha dado en la neurociencia acerca de cómo el cerebro integra (une o cierra) los rasgos de un estímulo que están codificados separadamente, para formar representaciones unitarias de los objetos. En estudios de electrofisiología y psicofísica se ha mostrado una fuerte asociación entre las oscilaciones de la banda gamma del electroencefalograma (EEG; alrededor de 40 Hz) de la actividad neural y el cierre o unión visual, señalando un papel central para los circuitos neurales oscilatorios. El cierre que está involucrado en la percepción de ilusiones de objetos genera una "explosión" de oscilaciones de 40 Hz a aproximadamente 250-300 milisegundos (ms) después del inicio del estímulo.

Por otro lado, en una línea de investigación no relacionada antes, afirman Csibra et al., experimentadores han buscado determinar el grado de las habilidades de procesamiento de objetos en bebés pequeños y los rasgos y claves sobre los que ellos se apoyan cuando analizan las escenas visuales. Específicamente, los estudios comportamentales previos han mostrado que aunque los bebés de 7 meses o más perciben ilusiones de objetos estáticos -tales como la figura de Kanizsa-, los bebés de 5 meses o menos, no.

Tales estudios de procesamiento de objetos en bebés, agregan Csibra et al., han usado paradigmas comportamentales tales como la habituación o la mirada preferencial [el bebé, y los primates en general, miramos por más tiempo a un objeto no familiar o nuevo]. Las respuestas electrofisiológicas de la banda gamma podrían proporcionar un marcador neural específico para la unión perceptual de elementos espacialmente separados en el cerebro del bebé. Por eso, Csibra et al. realizan este estudio.

Objetivo
Estudiar las oscilaciones gamma relacionadas con el cierre (perceptual), en bebés, mientras éstos observan ilusiones de objetos estáticos.

Método
Para generar la activación relacionada con la unión o cierre (perceptual), Csibra et al. presentaron a los bebés un patrón de figura subjetivo, figura Kanizsa, la cual es conocida por producir el percepto de la ilusión de un cuadrado por la unión de los elementos separados (como "pacmans") dentro del estímulo, dando lugar a un objeto coherente (un cuadrado). 

El cuadrado de Kanizsa es la base de varios estudios previos en adultos sobre oscilaciones gamma. La activación cerebral generada por el cuadrado de Kanizsa fue, entonces, comparada en este estudio, con aquella generada por un estímulo control.

Once bebés de 6 meses de edad y 11 de 8 meses vieron los cuadrados de Kanizsa y estímulo control en un computador mientras se les registraba con un equipo de EEG de 62 electrodos. El EEG fue sometido a un análisis de tiempo-frecuencia para generar una medida de activación cerebral oscilatoria inducida.

En los bebés de 8 meses hubo una potenciación de la actividad inducida de la banda gamma en respuesta al cuadrado de Kanizsa sobre el sitio frontal izquierdo en la ventana de tiempo entre 240 y 320 ms, correspondiente en el curso a lo que se ha encontrado en adultos. Dicha potenciación de gamma no se encontró en respuesta al estímulo control.

En cambio, la respuesta a los estímulos control (también en los bebés de 8 meses) mostró un decremento significativo en la actividad dentro de la banda gamma sobre las mismas áreas del cuero cabelludo, a una latencia ligeramente más temprana (alrededor de 200 ms). Este efecto nunca había sido reportado en adultos. Sin embargo, explican los autores, tal decremento pudo haberse debido a que los estímulos eran precedidos por dibujos atractivos y coloridos (una caricatura, un animal o una figura geométrica usados para capturar la atención del bebé), lo cual también podría haber involucrado procesos de integración de rasgos. Los autores sugieren que una interpretación plausible es que la supresión de la actividad de la banda gamma se dio como respuesta a la remoción del objeto que estaba siendo enfocado y que ya no requería una representación visual activa.

El análisis de tiempo-frecuencia para el grupo de bebés de 6 meses produjo resultados algo diferentes de aquellos observados en el grupo de bebés más grandes. Aunque hubo algunas fluctuaciones en la amplitud de la banda gama sobre la corteza frontal izquierda después de la presentación de los cuadrados de Kanizsa, éstos no llegaron en explosiones sino que se extendieron por largos intervalos de tiempo [es decir, sostenidos].

La ausencia de la oscilación gama "adulta" relacionada con el cierre en los bebés de 6 meses podría deberse a cualquier factor de entre un número de factores (de los cuales los autores inmediatamente excluyen -pues lo probaron en sus experimentos- [1] que los bebés más pequeños no perciban la diferencia entre dos estímulos debido a limitaciones en sus ojos o procesamiento visual temprano y [2] que los efectos gamma se observen en frecuencias menores a 40 Hz).

Añaden los autores que, en general, el patrón de EEG observado en los bebés de 6 meses es consistente con una activación parcial de las respuestas oscilatorias de la banda gamma y probablemente con los procesos de cierre (o integración), pero con una variabilidad en la latencia mucho más alta.

Discusión
Csibra et al. afirman que sus hallazgos sugieren que el desarrollo neural entre los 6 y 8 meses de edad, que permite a los bebés percibir ilusiones de objetos estáticos, implica una disminución en la variabilidad de las explosiones del rango gamma de la actividad oscilatoria en la corteza frontal.

Este estudio de cierre y oscilaciones gamma en el cerebro del bebé, según Csibra et al., otorga evidencia de que a los 8 meses de edad los bebés muestran explosiones gamma similares a aquellas de los adultos cuando perciben ilusiones de objetos que requieren principalmente la integración (o unión) de elementos espacialmente separados.

Según Csibra et al., sus resultados también indican que la corteza frontal puede jugar un papel crucial en el desarrollo de este importante mecanismo perceptual [integración o cierre], aunque se necesitan aún más estudios para determinar si la activación frontal está directamente relacionada con el proceso de cierre o si refleja un procesamiento atencional posterior del objeto "cerrado" en alguna otra parte del cerebro del bebé.

Conclusión
Csibra et al. concluyen que las oscilaciones de 40 Hz relacionadas con el cierre son evidentes en el cerebro del bebé alrededor de los 8 meses, la misma edad en la que evidencia de EEG y del comportamiento indica el inicio del cierre perceptual de los rasgos visuales estáticos espacialmente separados.
Csibra, G., Davis, G., Spratling M. W., & Johnson, M. H. (2000). Gamma Oscillations and Object Processing in the Infant Brain. Science, 290 (5496), pp. 1582-1585.

Comentario
Bueno, ¡me alegra mucho que hayamos podido tener un artículo para hoy! Básicamente, con este artículo pionero en el estudio de la banda gamma en el EEG de bebés, Csibra et al. concluyen que desde los 8 meses se puede observar este patrón de activación cerebral que se relaciona con el proceso de cierre perceptual (de cualquier modalidad sensorial). Los bebés de 6 meses mostraron, digamos, una tendencia hacia ese tipo de activación, pero que no se dio a manera de explosiones (como se esperaría que fuera y como es en adultos) sino variable en el tiempo (variabilidad en la latencia de respuestas en la banda gamma).

Adicionalmente, los investigadores encontraron este patrón de activación en el rango gamma (que está entre 30-90 Hz) en esta muestra de bebés sólo en los electrodos frontales, pero en adultos se ha descrito en distintas regiones de la corteza y no sólo en la frontal.

Finalmente, a pesar de lo claro, específico e innovador del estudio de Csibra, algunas dudas sí se generan. Por ejemplo, ¿por qué no utilizaron el paradigma de mirada preferencial en este estudio, así como en los estudios comportamentales previos? ¿Qué se hubiera encontrado al comparar la respuesta de la banda gama hacia la ilusión con la misma respuesta hacia el objeto real? Por último, los autores mencionan que tuvieron que descartar los datos de 35 bebés, ¿no altera esto bastante las conclusiones, por ejemplo, al pensar que lo que encontraron no es representativo de los bebés de esas edades, sino de un sub-grupo que realiza mejor las tareas "cognitivas", por ejemplo por un mejor mecanismo atencional? El artículo ya tiene 13 años, así que muy probablemente hay otras perspectivas o evidencia al respecto, que pueda aclarar tales preguntas...tenemos entonces la tarea de buscar.


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