Un mapa cerebral ultra detallado muestra las neuronas que codifican el significado de las palabras
Sábado 06 de
Julio 2024
Por primera vez, los científicos identifican células cerebrales individuales vinculadas a la esencia lingüística de una palabra.
Al espiar los cerebros de personas vivas , los científicos han creado el mapa de mayor resolución hasta ahora de las neuronas que codifican los significados de varias palabras 1 . Los resultados indican que, en todos los individuos, el cerebro utiliza las mismas categorías estándar para clasificar las palabras, lo que nos ayuda a convertir el sonido en sentido.
El estudio se basa únicamente en palabras en inglés, pero es un paso más en el camino hacia la comprensión de cómo el cerebro almacena las palabras en su biblioteca lingüística, afirma el neurocirujano Ziv Williams, del Instituto Tecnológico de Massachusetts en Cambridge. Al mapear los conjuntos superpuestos de células cerebrales que responden a varias palabras , afirma, "podemos intentar comenzar a construir un diccionario de significados".
El trabajo fue publicado hoy en Nature .
Significado del mapeo
La zona del cerebro llamada corteza auditiva procesa el sonido de una palabra cuando entra en el oído. Pero es la corteza prefrontal del cerebro , una región donde tiene lugar la actividad cerebral de orden superior, la que determina el "significado semántico" de una palabra, es decir, su esencia o esencia.
Investigaciones anteriores2 han estudiado este proceso mediante el análisis de imágenes del flujo sanguíneo en el cerebro, que es un indicador de la actividad cerebral . Este método permitió a los investigadores mapear el significado de las palabras en pequeñas regiones del cerebro.
Pero Williams y sus colegas encontraron una oportunidad única para observar cómo las neuronas individuales codifican el lenguaje en tiempo real. Su grupo reclutó a diez personas que estaban a punto de ser sometidas a una cirugía por epilepsia, a cada una de las cuales se les habían implantado electrodos en el cerebro para determinar el origen de sus ataques. Los electrodos permitieron a los investigadores registrar la actividad de alrededor de 300 neuronas en la corteza prefrontal de cada persona.
Mientras los participantes escuchaban varias frases cortas que contenían un total de unas 450 palabras, los científicos registraron qué neuronas se activaban y cuándo. Williams afirma que se activaron unas dos o tres neuronas distintas con cada palabra, aunque señala que el equipo registró sólo la actividad de una pequeña fracción de los miles de millones de neuronas de la corteza prefrontal. A continuación, los investigadores analizaron la similitud entre las palabras que activaban la misma actividad neuronal.
Una neurona para todo
Las palabras a las que respondía el mismo conjunto de neuronas pertenecían a categorías similares, como acciones o palabras asociadas a personas. El equipo también descubrió que las palabras que el cerebro podría asociar entre sí, como "pato" y "huevo", activaban algunas de las mismas neuronas. Las palabras con significados similares, como "ratón" y "rata", activaban patrones de actividad neuronal que eran más similares que los patrones activados por "ratón" y "zanahoria". Otros grupos de neuronas respondían a palabras asociadas a conceptos más abstractos: palabras relacionales como "encima" y "detrás", por ejemplo.
Las categorías que el cerebro asigna a las palabras fueron similares entre los participantes, dice Williams, lo que sugiere que todos los cerebros humanos agrupan los significados de la misma manera.
Las neuronas de la corteza prefrontal no distinguían las palabras por sus sonidos, sino sólo por sus significados. Cuando una persona escuchaba la palabra "hijo" en una frase, por ejemplo, se iluminaban las palabras asociadas con los miembros de la familia. Pero esas neuronas no respondían a la palabra "sol" en una frase, a pesar de que esas palabras tenían un sonido idéntico.
Lectura de la mente
Hasta cierto punto, los investigadores pudieron determinar lo que las personas estaban escuchando observando cómo se activaban sus neuronas. Aunque no pudieron recrear oraciones exactas, pudieron determinar, por ejemplo, que una oración contenía un animal, una acción y un alimento, en ese orden.
“Lograr este nivel de detalle y echar un vistazo a lo que sucede a nivel de neurona individual es bastante interesante”, afirma Vikash Gilja, ingeniero de la Universidad de California en San Diego y director científico de la empresa de interfaces cerebro-computadora Paradromics. Le impresionó que los investigadores pudieran determinar no solo las neuronas que correspondían a las palabras y sus categorías, sino también el orden en que se pronunciaban.
La grabación de las neuronas es mucho más rápida que el uso de imágenes; comprender el lenguaje a su velocidad natural, dice, será importante para el trabajo futuro de desarrollo de dispositivos de interfaz cerebro-computadora que restauren el habla a las personas que han perdido esa capacidad.
El estudio se basa únicamente en palabras en inglés, pero es un paso más en el camino hacia la comprensión de cómo el cerebro almacena las palabras en su biblioteca lingüística, afirma el neurocirujano Ziv Williams, del Instituto Tecnológico de Massachusetts en Cambridge. Al mapear los conjuntos superpuestos de células cerebrales que responden a varias palabras , afirma, "podemos intentar comenzar a construir un diccionario de significados".
El trabajo fue publicado hoy en Nature .
Significado del mapeo
La zona del cerebro llamada corteza auditiva procesa el sonido de una palabra cuando entra en el oído. Pero es la corteza prefrontal del cerebro , una región donde tiene lugar la actividad cerebral de orden superior, la que determina el "significado semántico" de una palabra, es decir, su esencia o esencia.
Investigaciones anteriores2 han estudiado este proceso mediante el análisis de imágenes del flujo sanguíneo en el cerebro, que es un indicador de la actividad cerebral . Este método permitió a los investigadores mapear el significado de las palabras en pequeñas regiones del cerebro.
Pero Williams y sus colegas encontraron una oportunidad única para observar cómo las neuronas individuales codifican el lenguaje en tiempo real. Su grupo reclutó a diez personas que estaban a punto de ser sometidas a una cirugía por epilepsia, a cada una de las cuales se les habían implantado electrodos en el cerebro para determinar el origen de sus ataques. Los electrodos permitieron a los investigadores registrar la actividad de alrededor de 300 neuronas en la corteza prefrontal de cada persona.
Mientras los participantes escuchaban varias frases cortas que contenían un total de unas 450 palabras, los científicos registraron qué neuronas se activaban y cuándo. Williams afirma que se activaron unas dos o tres neuronas distintas con cada palabra, aunque señala que el equipo registró sólo la actividad de una pequeña fracción de los miles de millones de neuronas de la corteza prefrontal. A continuación, los investigadores analizaron la similitud entre las palabras que activaban la misma actividad neuronal.
Una neurona para todo
Las palabras a las que respondía el mismo conjunto de neuronas pertenecían a categorías similares, como acciones o palabras asociadas a personas. El equipo también descubrió que las palabras que el cerebro podría asociar entre sí, como "pato" y "huevo", activaban algunas de las mismas neuronas. Las palabras con significados similares, como "ratón" y "rata", activaban patrones de actividad neuronal que eran más similares que los patrones activados por "ratón" y "zanahoria". Otros grupos de neuronas respondían a palabras asociadas a conceptos más abstractos: palabras relacionales como "encima" y "detrás", por ejemplo.
Las categorías que el cerebro asigna a las palabras fueron similares entre los participantes, dice Williams, lo que sugiere que todos los cerebros humanos agrupan los significados de la misma manera.
Las neuronas de la corteza prefrontal no distinguían las palabras por sus sonidos, sino sólo por sus significados. Cuando una persona escuchaba la palabra "hijo" en una frase, por ejemplo, se iluminaban las palabras asociadas con los miembros de la familia. Pero esas neuronas no respondían a la palabra "sol" en una frase, a pesar de que esas palabras tenían un sonido idéntico.
Lectura de la mente
Hasta cierto punto, los investigadores pudieron determinar lo que las personas estaban escuchando observando cómo se activaban sus neuronas. Aunque no pudieron recrear oraciones exactas, pudieron determinar, por ejemplo, que una oración contenía un animal, una acción y un alimento, en ese orden.
“Lograr este nivel de detalle y echar un vistazo a lo que sucede a nivel de neurona individual es bastante interesante”, afirma Vikash Gilja, ingeniero de la Universidad de California en San Diego y director científico de la empresa de interfaces cerebro-computadora Paradromics. Le impresionó que los investigadores pudieran determinar no solo las neuronas que correspondían a las palabras y sus categorías, sino también el orden en que se pronunciaban.
La grabación de las neuronas es mucho más rápida que el uso de imágenes; comprender el lenguaje a su velocidad natural, dice, será importante para el trabajo futuro de desarrollo de dispositivos de interfaz cerebro-computadora que restauren el habla a las personas que han perdido esa capacidad.
