Filtrado de información sensorial : filtrado de señales aferentes por parte del sistema nervioso . Como resultado de dicho filtrado, solo una parte de la información sensorial recibida por los niveles anteriores ingresa a ciertos niveles de procesamiento.
En la literatura inglesa, se usa el término puerta sensorial (del inglés gate , puerta), usando una comparación de un filtro de información con una puerta que puede pasar o bloquear señales sensoriales.
La filtración se produce en diferentes niveles del sistema nervioso: en la médula espinal , el tronco encefálico , el tálamo , la corteza cerebral y otras estructuras. Las funciones de esta regulación también son diferentes, ya que el sistema nervioso utiliza la información sensorial de diversas maneras.
Se han identificado varios mecanismos de filtrado: inhibición presináptica y postsináptica, adaptación, influencias ascendentes y descendentes, oscilaciones neuronales y otros. Las señales sensoriales se regulan durante el movimiento, la regulación de la postura, el procesamiento neuronal de la información visual , auditiva , somatosensorial , así como el olfato y el gusto . Las sensaciones de dolor también están reguladas [1] . Un ejemplo de un bloqueo importante de la información sensorial es el sueño .
Las violaciones del proceso de filtrado de la información sensorial pueden provocar trastornos neurológicos , psicológicos y psiquiátricos .
Los sistemas biológicos están en constante interacción con el mundo exterior, información sobre la cual reciben utilizando los órganos de los sistemas sensoriales: visión , oído , olfato , gusto , tacto , propiocepción , sistema vestibular .
La detección de señales generalmente se ve obstaculizada por interferencias: ruido de varios tipos (de origen externo e interno). Además, la información que recibe el sistema nervioso a través de los sentidos es redundante; la información útil en él se mezcla con una masa de señales inútiles. El proceso de filtrado de la corriente sensorial es el primer eslabón en el proceso de detección de una señal en el contexto del ruido sensorial. Así, una persona no siente la constante irritación de los receptores de la piel, que le produce la ropa que lleva puesta, y no presta atención a la presión que ejerce sobre ella el asiento de la silla. El sistema nervioso de una gimnasta que realiza un ejercicio en una barra de equilibrio utiliza activamente información vestibular, propioceptiva y visual, pero ignora las señales auditivas (gritos de la audiencia). En sueño , el cerebro está prácticamente desconectado de las señales sensoriales (de ahí la expresión: despertarte de un cañón).
La regulación del flujo de información sensorial es absolutamente esencial para el funcionamiento normal del cerebro. Sin ella, el sistema nervioso no sería capaz de generar respuestas adecuadas a los estímulos externos, filtrar y distribuir la información sensorial al controlar los movimientos, enfocarse en objetos y acciones importantes e ignorar estímulos sin importancia, y garantizar un sueño normal .
Hablando sobre el filtrado de la información sensorial , los psicólogos , por regla general, se refieren al procesamiento primario e inconsciente de las señales sensoriales. Cuando se trata de percepción consciente, utilizan el término atención focal o atención selectiva .
En la literatura neurofisiológica , el término se usa en un sentido más amplio. A menudo incluye tanto el procesamiento inconsciente de las señales sensoriales como su percepción consciente.
Esta diferencia en el uso de la terminología se debe a que para los psicólogos la división de la actividad cerebral en consciente y subconsciente es uno de los conceptos principales, mientras que los neurofisiólogos estudian redes neuronales específicas encargadas de procesar la información, y no se centran en la distinción entre procesos conscientes e inconscientes. Por ejemplo, los propios receptores (aparentemente la parte más baja de la cadena sensorial) están controlados por las partes superiores del cerebro a través de nervios eferentes . Un ejemplo es la inervación eferente de los husos musculares ( inervación gamma ) y los receptores del oído interno .
Más sobre los sistemas sensoriales: " Visión ", " Oído ", " Tacto ", " Propiocepción ", " Aparato vestibular ", " Gusto ".
La información de los receptores se transmite al sistema nervioso central a través de los nervios espinales o craneales . Las ramas de los axones que transportan información sensorial forman terminaciones sinápticas en las neuronas de la médula espinal (o del tronco encefálico en el caso de los nervios craneales), luego viajan a las partes superiores del sistema nervioso (núcleos del tronco, que a su vez transmiten información arriba). En cada una de estas partes del sistema nervioso, el flujo de información sensorial puede filtrarse, acentuarse o, por el contrario, bloquearse.
El filtrado inicial de la señal sensorial ya puede ocurrir a nivel de los receptores. Así, muchos receptores tienen la propiedad de adaptarse, es decir, sus descargas se vuelven menos frecuentes, incluso si el estímulo permanece. Un ejemplo de regulación a nivel del aparato sensorial es un cambio en el ancho de las pupilas.
Los sistemas sensoriales se basan en un principio jerárquico: las señales de los receptores ingresan a los niveles inferiores del sistema nervioso central (médula espinal o tronco encefálico), desde donde se transmiten a las secciones superiores (núcleos talámicos, corteza cerebral, ganglios basales). En cada una de estas etapas sucesivas, la información sensorial se transforma y se filtra.
El flujo de información no es unidireccional, ya que los departamentos superiores de la jerarquía envían señales a los departamentos inferiores. Además, la información sensorial no es procesada por una cadena de estructuras secuenciales, sino por muchas áreas del cerebro simultáneamente (o, como se suele decir, en paralelo). El procesamiento paralelo de la información sensorial se hace evidente en áreas superiores del cerebro, como la corteza cerebral. Aquí, áreas separadas se especializan en el procesamiento de elementos individuales de información (por ejemplo, en la visión: la información sobre la posición de los objetos en el espacio y sobre detalles como el color y la forma es procesada por diferentes áreas de la corteza). En el proceso de regulación de este sistema distribuido, algunas áreas del cerebro se vuelven más activas que otras (por ejemplo, al ver fotos, el área de la corteza responsable del reconocimiento facial). Cambios similares en la actividad cerebral utilizando la técnica de resonancia magnética focal.
La información sensorial de varios tipos (es decir, diferentes modalidades: vista, tacto, audición, etc.) generalmente no se procesa por separado. En muchas áreas del cerebro, llamadas asociativas, hay una mezcla de modalidades, por ejemplo, en la corteza parietal y el colículo de los cuadrigéminas . Las neuronas en estas regiones del cerebro responden a diversos estímulos, como visuales, táctiles y auditivos.
Las estructuras que controlan la información sensorial son la corteza cerebral (en particular, la corteza prefrontal , que juega un papel importante en el control de la atención ), los ganglios basales , la formación reticular , el tálamo (en particular, el núcleo reticular del tálamo ), y otras estructuras.
Uno de los principales mecanismos de filtrado de la información sensorial es la inhibición, que es producida por las sinapsis GABA -érgicas . Por regla general, la neurona que transmite la información sensorial es excitatoria. Por ejemplo, los axones del nervio óptico forman sinapsis excitatorias en las neuronas del cuerpo geniculado lateral , el núcleo óptico del tálamo. (La excepción son algunas de las partes superiores del cerebro, que consisten en neuronas inhibitorias, como el cuerpo estriado . Sin embargo, en esta etapa, la información sensorial ya ha pasado por un procesamiento significativo). Estas señales excitatorias son filtradas por neuronas inhibitorias. La inhibición puede ser presináptica (es decir, bloqueando la transmisión de señales a lo largo del axón sensorial a cualquier neurona) o postsináptica (hiperpolarizando una neurona que recibe señales sensoriales). La inhibición postsináptica permite bloquear las señales de forma selectiva, ya que la célula receptora sigue siendo capaz de responder a otros estímulos no bloqueados.
El filtrado de las señales sensoriales también está influenciado por neurotransmisores como la acetilcolina , la dopamina , las endorfinas y otros.
El filtrado inicial de la información sensorial ya puede ocurrir a nivel de los receptores. La mayoría de los receptores tienen la propiedad de adaptación , que consiste en que la frecuencia de los impulsos en las terminaciones nerviosas de los receptores disminuye con la exposición prolongada a un estímulo. Así, los receptores en muchos casos reaccionan no a la presencia de un estímulo como tal, sino a su aparición (o, por el contrario, a su exclusión).
Más sobre sistemas motores: " Regulación de movimientos ".
Las señales de los receptores de los músculos , tendones , piel , articulaciones (así como el aparato vestibular y la visión con mayor integración motora) juegan un papel importante en la organización de los actos motores.
El reflejo motor más simple , provocado por la estimulación de los receptores musculares, es el reflejo tendinoso , que es observado, por ejemplo, por un neurólogo , golpeando al paciente con un martillo en la rodilla. Un golpe en la rodilla con un martillo provoca un estiramiento rápido del músculo, que a su vez activa los husos musculares, receptores musculares que responden a un aumento en la longitud del músculo. Las descargas de los husos musculares ingresan a la médula espinal , donde activan las neuronas motoras del mismo músculo a través de un arco reflejo monosináptico . Aunque la participación de las señales sensoriales en la regulación de los movimientos no se limita a este reflejo más simple, resultó ser una herramienta bastante eficaz para estudiar el papel de la información sensorial en la actividad motora. El estudio del reflejo tendinoso y su reflejo H análogo (nombre general - reflejo monosináptico), causado por la estimulación eléctrica del nervio sensorial , está dedicado a muchos trabajos. Estos estudios han identificado muchos factores que influyen en las respuestas reflejas monosinápticas. Por ejemplo, estas respuestas se modulan durante la marcha dependiendo de la fase del ciclo de paso (Stein et al., 1993). Existe una técnica sencilla mediante la cual se puede influir en un reflejo monosináptico denominada maniobra de Jendrassik , que consiste en que una persona contrae voluntariamente un grupo de músculos (por ejemplo, los músculos del brazo ), lo que provoca un aumento de la reflejo monosináptico en otro grupo de músculos (por ejemplo, en los músculos de las piernas ).
La trayectoria del movimiento de una extremidad al caminar depende de varios factores, algunos de los cuales están regulados por las redes nerviosas del sistema nervioso central y otros por señales de los receptores sensoriales. Los reflejos musculares se modulan durante la marcha y dependen de las características de cada paso. Además, los reflejos pueden cambiar rápidamente según el modo de funcionamiento de las piernas: de pie, caminando, corriendo. Es muy probable que estos cambios se deban a la inhibición presináptica. Esta variabilidad refleja puede verse afectada en pacientes neurológicos con lesiones en la cabeza o la columna. [2]
Afectan la actividad de las neuronas motoras (neuronas que controlan los músculos) y las descargas provenientes de los receptores de la piel y los tendones, e incluso a nivel de la médula espinal, estas señales participan en interacciones complejas (polisinápticas). El estudio sistemático de los reflejos motores de la médula espinal fue iniciado por Charles Sherrington . Estos estudios continúan hasta el día de hoy. Según los conceptos modernos, los centros superiores del cerebro tienen un efecto modulador sobre la transmisión de información sensorial en las redes espinales. Un mecanismo importante de esta influencia es la inhibición presináptica , es decir, la inhibición del axón , que transmite una señal sensorial a una neurona motora. Este tipo de inhibición bloquea la entrada sensorial, pero no tiene un efecto inhibidor sobre la neurona motora en sí.
La contribución de los receptores de las extremidades a la regulación de los movimientos no se limita a las redes espinales . Las entradas sensoriales van al tronco del encéfalo , el cerebelo , el tálamo , la corteza sensorial y motora, y el filtrado de la información sensorial tiene lugar en cada una de estas regiones del cerebro. Se cree que los centros nerviosos superiores crean un contexto (es decir, una idea de qué tarea realiza este o aquel movimiento) y, en función de este contexto, suprimen o mejoran ciertas señales sensoriales.
En general, al controlar los movimientos se produce una integración multisensorial, es decir, una comparación de información sensorial de diferentes fuentes. Entonces, para interpretar la información proveniente del aparato vestibular, es necesario saber en qué posición se encuentra la cabeza, y esta información es suministrada por los receptores del cuello. En la integración multisensorial, el cerebro puede favorecer ciertos tipos de entradas sensoriales y confiar menos en los demás. Por lo tanto, se muestra que el cerebro confía más fácilmente en la visión, y si hay un conflicto entre la visión y otras fuentes de información, estas últimas son ignoradas. Por ejemplo, un pasajero en un vagón experimenta la ilusión de su propio movimiento cuando el tren que está parado fuera de la ventana comienza a moverse, a pesar de que ni el aparato vestibular ni los receptores del cuerpo notifican ningún movimiento. De manera similar, una persona de pie se balanceará si el experimentador pone en movimiento el fondo visual. [3]
Los estudios han demostrado que los movimientos afectan cómo se siente una persona cuando se estimulan los receptores. Así, se comprobó que durante la iniciación del movimiento disminuye la sensibilidad a los estímulos cutáneos. Por ejemplo, en un estudio realizado por Chapman y Beauchamp (2006) [4] , los investigadores compararon los efectos de los comandos motores y la reaferenciación periférica (es decir, señales aferentes que ocurren durante el movimiento de las extremidades) en la percepción de estímulos táctiles cercanos al umbral. El dedo índice de la mano estaba irritado por estimulación eléctrica. Los sujetos realizaron un movimiento con el mismo dedo o extendieron la articulación del codo. Los mismos movimientos se realizaron de forma pasiva (es decir, con la ayuda de un montaje experimental; el sujeto no realizó ningún movimiento voluntario). Tanto durante el movimiento activo como pasivo, las sensaciones táctiles disminuyeron y la disminución máxima se observó al inicio de la activación eléctrica de los músculos.
La compleja relación entre el movimiento y la percepción llamó la atención de Helmholtz , Mach y otros científicos del siglo XIX mientras pensaban en el movimiento ocular . Es bien sabido que a pesar de que los ojos giran en órbitas, el entorno visual percibido no se mueve. Helmholtz llamó al mecanismo por el cual esto sucede "inferencia inconsciente". En la década de 1950, se propuso el concepto de copia eferente para explicar este fenómeno [5] La copia eferente es la predicción de cambios en las señales sensoriales que deberían ocurrir como resultado del movimiento. De acuerdo con este punto de vista, la información sensorial no se evalúa en sí misma, sino en comparación con la expectativa. Un ejemplo de una [6] persona experimenta sensaciones inusuales cuando ingresa a una escalera mecánica estacionariauna:escalera mecánicacopia eferente es el efecto de una Este efecto es tan fuerte que afecta incluso a una persona que ha sido advertida de la inmovilidad de la escalera mecánica.
La incapacidad para ignorar los estímulos externos puede ser un signo de una enfermedad (por ejemplo, un trastorno de atención). En algunos casos severos, cualquier irritación es percibida por una persona como dolor . Enfermedad diametralmente opuesta: ignorar la mayoría de los estímulos, incapacidad para responder a los eventos del mundo exterior. Varios estudios han descrito el síndrome de activación sensorial en pacientes con esquizofrenia . El deterioro de la capacidad para filtrar la información sensorial es un síntoma temprano de la esquizofrenia. Con tal violación, se reduce la capacidad del cerebro para suprimir las respuestas a los estímulos débiles. Los pacientes se vuelven fácilmente excitables y no pueden concentrar su atención. El mecanismo neurobiológico de estos trastornos está asociado a la modulación de la actividad del hipocampo a través de los receptores nicotínicos. Tal violación es detectada por una disminución en la inhibición de las respuestas provocadas por la estimulación sonora repetida, lo que se expresa en un déficit en el potencial de contención de P50 . Este efecto está asociado con la actividad del gen del receptor nicotínico alfa-7 en el cromosoma 15q14. [7] [8] Dado que los genes CHRNA7 y CHRFAM7A asociados con este receptor se han relacionado con la esquizofrenia en algunos estudios, [9] es un objetivo importante para la intervención farmacológica [10] .