Dinámica de la complejidad neural y las predicciones auditivas en diferentes estados de conciencia

Abstract

El estudio de los estados de conciencia es fundamental tanto desde el punto neurobiológico como traslacional. Somos conscientes de los eventos externos e internos durante la vigilia; sin embargo, la conciencia prácticamente se pierde durante el sueño de ondas lentas (SWS, del inglés Slow Waves Sleep) o sueño no-REM (NREM) profundo, y se altera durante el sueño REM (del inglés Rapid Eyes Movements), donde ocurren principalmente los ensueños o actividad onírica. A su vez, el estado de conciencia se puede modificar bajo la influencia de drogas psicotrópicas. Existe un interés creciente en cuantificar el nivel de conciencia. Una aproximación es valorarlo utilizando la medida de complejidad de Lempel-Ziv (CLZ) de la actividad del electroencefalograma (EEG), ya que los resultados de esta medida se han relacionado con el nivel de conciencia. A su vez, ¿cómo responde el cerebro a un estímulo inesperado en los distintos estados de conciencia? Se ha propuesto que durante la vigilia los organismos predicen cambios en el medio ambiente, momento a momento, mediante un proceso llamado predicción adaptativa. Se puede obtener un correlato neural de este proceso registrando los potenciales evocados cognitivos, como la negatividad de desajuste (MMN, del inglés Mismatch Negativity). Esta se obtiene experimentalmente presentando un estímulo desviado de forma intermitente en un fondo de estímulos estándar repetitivos, que genera una señal de error. El MMN, se puede obtener con diferentes protocolos de estimulación auditiva, como el paradigma Roving. Un correlato similar al MMN, llamado Efecto Local, es obtenido con el paradigma Global Local. En este último, además de estímulos desviados se presentan omisiones del estímulo, que representarían correlatos de predicción más puros, en ausencia de información auditiva. El objetivo general de esta tesis es el estudio de la actividad cognitiva durante distintos estados de conciencia naturales (vigilia, sueño ligero o LS (del inglés Light Sleep), SWS y sueño REM) o alterados por drogas psicotrópicas (dosis sub-anestésicas de ketamina, atropina y escopolamina), utilizando el gato (Felis Silvestris Catus) como modelo animal. Para esto utilizamos dos aproximaciones experimentales: 1. El estudio de la dinámica de la complejidad eléctrica cerebral del ECoG en todos los estados mencionados. 2. El estudio de los correlatos neurales de las predicciones auditivas utilizando potenciales evocados cognitivos durante la vigilia, el sueño NREM y el sueño REM. Para la primera aproximación, en gatos previamente preparados para registros polisomnográficos, analizamos la CLZ del EEG de múltiples áreas corticales y de electrogramas de los núcleos talámicos visual y auditivo. Observamos que la CLZ sigue un patrón homogéneo para todas las cortezas y los núcleos talámicos, y se caracteriza por una disminución durante el LS, una disminución aún mayor durante el SWS, y un nivel similar a la vigilia durante el sueño REM. La ketamina que a dosis bajas es considerada alucinógena, mostró una mayor variabilidad en la CLZ, produciendo un aumento en algunas regiones (corteza prefrontal y auditiva), y una disminución en otras áreas (corteza parietal posterior). Por otra parte la administración de atropina y escopolamina, que producen una marcada pérdida de memoria, y un EEG con características combinadas de sueño NREM y vigilia alerta, muestra una disminución global de la CLZ. Para la segunda aproximación, mediante la utilización de los protocolos de estimulación Roving y Global Local, comparamos dos correlatos neurales de las predicciones auditivas, el MMN y el Efecto Local durante la vigilia y el sueño. Nuestros resultados mostraron que los potenciales cognitivos generados por ambos protocolos se registran en distintas regiones cerebrales y que en comparación con la vigilia, en la mayoría de estas regiones se reducen durante el sueño NREM y REM. Hemos observado a su vez que si bien el Efecto Local puede estar presente durante el sueño NREM, el efecto de omisión no se evidencia. En conclusión, nuestros resultados manifiestan que tanto la dinámica de la complejidad neural, como las predicciones auditivas son dependientes de los estados de conciencia.