¿Por qué el tiempo avanza rápido cuando lo pasamos bien?
Nuestros cerebros mantienen un sentido del tiempo descentralizado y flexible
Desde las reflexiones de Aristóteles sobre la naturaleza del tiempo hasta la teoría de la relatividad de Einstein, la humanidad se ha preguntado durante años: ¿cómo percibimos y entendemos el tiempo? La teoría de la relatividad postula que el tiempo puede estirarse y contraerse, un fenómeno conocido como dilatación del tiempo. Así como el cosmos deforma el tiempo, nuestros circuitos neuronales pueden estirar y comprimir nuestra experiencia subjetiva del tiempo. Como Einstein dijo en broma: «Pon tu mano en una estufa caliente por un minuto, y parecerá una hora. Siéntate con una chica bonita durante una hora, y parece un minuto».
En un nuevo trabajo del Laboratorio de Aprendizaje de Champalimaud Research y publicado en la revista Nature Neuroscience, los científicos ralentizaron o aceleraron artificialmente los patrones de actividad neuronal en ratas, distorsionando su juicio sobre la duración del tiempo y brindando la evidencia causal más convincente hasta ahora sobre cómo funciona el cerebro.
En contraste con los relojes circadianos encargados de nuestros ritmos biológicos de 24 horas y que dan forma a nuestra vida diaria –desde los ciclos de sueño y vigilia hasta el metabolismo–, se sabe mucho menos sobre cómo el cuerpo mide el tiempo en la escala de segundos a minutos. El estudio se centró precisamente en esta escala de tiempo de segundos a minutos en la que se desarrolla gran parte de nuestro comportamiento, ya sea que esté esperando en un semáforo o sirviendo una pelota de tenis.
La hipótesis del reloj de población
A diferencia del tictac exacto del reloj centralizado de un ordenador, nuestros cerebros mantienen un sentido del tiempo descentralizado y flexible, que se cree que está formado por la dinámica de las redes neuronales dispersas por todo el cerebro. En esta hipótesis del «reloj de población», nuestros cerebros mantienen el tiempo confiando en patrones consistentes de actividad que evolucionan en grupos de neuronas durante el comportamiento.
Joe Paton, el autor principal del estudio, compara esto con dejar caer una piedra en un estanque. «Cada vez que se deja caer una piedra, crea ondas que se irradian hacia afuera en la superficie en un patrón repetible. Examinando los patrones y posiciones de estas ondas, uno puede deducir cuándo y dónde se dejó caer la piedra en el agua».
«Así como la velocidad a la que se mueven las ondas puede variar, el ritmo al que progresan estos patrones de actividad en las poblaciones neuronales también puede cambiar. Nuestro laboratorio fue uno de los primeros en demostrar una estrecha correlación entre la rapidez o la lentitud con la que evolucionan estas 'ondas' neuronales y las decisiones dependientes del tiempo», afirma en un comunicado.
Así se hizo el estudio
Los investigadores entrenaron ratas para distinguir entre diferentes intervalos de tiempo. Descubrieron que la actividad en el estriado, una región profunda del cerebro, sigue patrones predecibles que cambian a diferentes velocidades: cuando los animales informan que un intervalo de tiempo dado es más largo, la actividad evoluciona más rápido, y cuando lo informan como más corto, la actividad evoluciona más lentamente.
Desentrañar el tiempo
Sin embargo, correlación no implica causalidad. «Queríamos probar si la variabilidad en la velocidad de la dinámica de la población estriatal simplemente se correlaciona o regula directamente el comportamiento del tiempo. Para hacer eso, necesitábamos una forma de manipular experimentalmente estas dinámicas a medida que los animales informaban juicios de tiempo».
Enfriar una región específica del cerebro ralentiza una acción, mientras que calentarla la acelera
Por su parte Tiago Monteiro, uno de los autores principales del estudio, informó que para establecer la causalidad, el equipo recurrió a una técnica de la vieja escuela en la caja de herramientas de los neurocientíficos: la temperatura. «La temperatura se ha utilizado en estudios anteriores para manipular la dinámica temporal de los comportamientos, como el canto de los pájaros. Enfriar una región específica del cerebro ralentiza la canción, mientras que calentarla la acelera, sin alterar su estructura. Es similar a cambiar el tempo de una pieza musical sin afectar las notas mismas. Pensamos que la temperatura podría ser ideal, ya que potencialmente nos permitiría cambiar la velocidad de la dinámica neuronal sin alterar su patrón».
En un ensayo en ratones, la coautora principal Margarida Pexirra señala: «Tuvimos cuidado de no enfriar demasiado el área, ya que cerraría la actividad, o calentarla demasiado, con el riesgo de daños irreversibles». Descubrieron que, de hecho, el enfriamiento dilataba el patrón de actividad, mientras que el calentamiento lo contraía, sin perturbar el patrón en sí.
«Luego, la temperatura nos dio una perilla con la que estirar o contraer la actividad neuronal en el tiempo, por lo que aplicamos esta manipulación en el contexto del comportamiento», dice Filipe Rodrigues, otro autor principal del estudio. «Entrenamos animales para informar si el intervalo entre dos tonos era más corto o más largo que 1,5 segundos. Cuando enfriamos el cuerpo estriado, era más probable que dijeran que un intervalo determinado era corto. Cuando lo calentábamos, era más probable que dijeran que era largo».
Los hallazgos del equipo indican que el cuerpo estriado es fundamental para resolver el primer desafío: determinar 'qué' hacer y 'cuándo', mientras que el segundo desafío de 'cómo' controlar el movimiento en curso se deja a otras estructuras cerebrales. En un estudio separado, el equipo ahora está explorando el cerebelo, que alberga más de la mitad de las neuronas del cerebro y está asociado con la ejecución continua, momento a momento, de nuestras acciones. «Curiosamente», revela Paton, «nuestros datos preliminares muestran que aplicar manipulaciones de temperatura al cerebelo, a diferencia del cuerpo estriado, sí afecta el control del movimiento continuo».
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