Estudios de neuroimagen han sugerido la existencia de un mecanismo neurobiológico común para la cuantificación de magnitudes espaciales, temporales y numéricas. A nivel neurofisiológico, sin embargo, se desconoce cómo el cerebro maneja información espaciotemporal de manera conjunta para resolver problemas y guiar la conducta. Consecuentemente, en este proyecto proponemos
estudiar las bases neurofisiológicas de la categorización de magnitudes temporales y espaciales en primates no humanos. La tesis general de este proyecto es que la categorización de magnitudes espaciotemporales depende del circuito premotor medial-prefrontal, donde existe una representación conjunta de ambas cantidades. Sin embargo, proponemos que estas dos áreas tendrán un papel diferente durante el proceso de categorización. El área presuplementaria medial (preSMA) estará estrechamente ligada al mecanismo transformación de distancias (espacio) e intervalos (tiempo) a una representación unificada de magnitud, mientras que la corteza prefrontal dorsolateral (PFDL) estará más vinculada a la asignación de un estímulo a una categoría de magnitud corta o larga previamente aprendida. Se registrará la actividad múltiple de cientos de neuronas únicas de manera simultánea en los sectores de preSMA y PFDL que están íntimamente conectados en monos Rhesus ejecutando una tarea de categorización de magnitudes temporales o espaciales. Análisis uni- y multidimensional de la actividad de neuronas únicas, de poblaciones neuronales y los potenciales locales de campo serán realizados para determinar cómo se codifican el tiempo y el espacio, cómo se asigna un valor de magnitud a una categoría previamente aprendida, y cómo se transfiere la información de magnitudes entre las dos áreas corticales. Con los datos recabados, obtendremos un panorama integral del papel del preSMA y PFDL en la cuantificación de magnitudes espaciales y temporales.
El estudio neurofisiológico de la percepción de magnitudes temporales y espaciales es reciente y existen muy pocos estudios al respecto. El presente proyecto será, entonces, uno de los primeros en investigar de manera específica los mecanismos neuronales del manejo del espacio y el tiempo durante la categorización relativa de magnitudes, determinando el papel del circuito premotor medial-prefrontal en esta función de alto orden. No sólo la falta de estudios en esta área del conocimiento hace del presente estudio un trabajo original, sino que también la metodología y la comparación entre especies que se planea realizar para entender de manera integral un problema que está a la vanguardia de las neurociencias modernas. El mono Rhesus es una especie que ha sido estudiada a nivel neurofisiológico por más de 100 años. La anatomía del sistema nervioso de esta especie se conoce con gran detalle y tiene muchas características similares a la estructura y conectividad del sistema nervioso central del ser humano. Además, la capacidad perceptiva, motora y cognitiva de estos monos, medida con técnicas de psicofísica, es similar a la del hombre. Por lo tanto, las bases neurofisiológicas del manejo de magnitudes espaciales y temporales que serán dilucidadas en el presente proyecto tendrán la virtud de poder ser generalizadas al ser humano. Por otro lado, el registro simultaneo de la actividad electrofisiológica unitaria de múltiples neuronas en diferentes áreas corticales y subcorticales durante la ejecución de paradigmas conductuales perfectamente parametrizados, es el método de punta más apropiado para entender las bases neuronales de cualquier proceso cognitivo de alto orden. Esta estrategia experimental no sólo permite identificar las áreas cerebrales asociadas a una función y el flujo de información entre ellas, sino que también permite caracterizar los patrones de actividad con la mejor resolución temporal posible, lo que eventualmente nos permitirá determinar los códigos neuronales involucrados y la representación dinámica de la conducta dentro de los grandes circuitos neuronales que la subyacen. Así, los patrones de actividad son caracterizados tanto a nivel de neuronas únicas, como a nivel de poblaciones neuronales dentro de un área y entre áreas cerebrales. El abordar el problema con estas metodologías establecerá un precedente en el estudio neurofisiológico de los procesos cognoscitivos, ya que permitirá determinar detallada y confiablemente el papel del circuito premotor medial - prefrontal en la percepción de magnitudes. Esta información podrá ser extrapolada, toda proporción guardada, a los posibles mecanismos de cuantificación temporal en el ser humano. En conclusión, el éxito cabal del presente proyecto proveerá información única que nos dará una visión multidimensional del papel del preSMA y PFDL en la categorización relativa de magnitudes espaciales y temporales en los primates.