REVISIÓN EN NEUROCIENCIA La corteza auditiva en el procesamiento de la información espacial Fernando Rodríguez-Nodal, Victoria M. Bajo-Lorenzana Resumen. La localización del sonido es el resultado de un proceso computacional llevado a cabo a lo largo de la vía auditiva. La información acústica recibida por cada oído, una vez analizada independientemente (claves monoaurales o espectrales) y conjuntamente (claves binaurales), es integrada para generar una percepción espacial unificada. Hemos estudiado las propiedades espaciales de la corteza auditiva y su participación en fenómenos de plasticidad basados en la adaptación a nuevas claves de localización en hurones adultos entrenados con condicionamiento positivo. La lesión e inactivación de las diferentes áreas corticales ha puesto de manifiesto no sólo su participación en la localización del sonido, sino también la compleja interacción entre la corteza cerebral y el mesencéfalo, responsables, respectivamente, de los aspectos voluntarios y reflejos del comportamiento de localización. Todas las áreas auditivas corticales participan en los procesos de adaptación ante nuevos valores en las claves de localización espacial que se producen ante la oclusión temporal de un oído. Además, la eliminación selectiva de la proyección descendente desde la corteza al colículo inferior ha revelado la importancia del control cortical sobre la información ascendente para su reinterpretación, necesaria para la adaptación a diferentes condiciones ambientales. Palabras clave. Hurón. Lesión cortical. Localización del sonido. Muscimol. Plasticidad. Vías eferentes. Introducción La supervivencia de un ser vivo puede depender de la precisión con que éste establezca el origen de un sonido, al advertirle de posibles peligros (depre­ dadores) o recursos (presas). Esta afirmación, aun siendo cierta, se nos antoja distante a nuestra reali­ dad cotidiana. Sin embargo, incluso en el ámbito urbano, una precisa localización de las fuentes so­ noras resulta ventajosa, si no imprescindible. Baste señalar los numerosos dispositivos acústicos que tratan de llamar nuestra atención: el claxon de un automóvil, la alarma de un comercio o la sirena de una ambulancia, por citar solamente algunos. ¿Qué sucedería si mirásemos a otro lado? A diferencia del sistema visual o somatosenso­ rial, en el que la localización de un estímulo está ya resuelta a nivel del receptor, la retina o la piel, res­ pectivamente, la localización del sonido requiere la extracción y procesamiento de las denominadas claves espaciales auditivas por parte del sistema nervioso, ya que el receptor auditivo presenta una organización basada en las frecuencias de las ondas sonoras. Las claves espaciales auditivas surgen de la comparación de la intensidad y tiempo de llegada del sonido a ambos oídos, así como del análisis de los cambios en la calidad o timbre del sonido de­ www.neurologia.com Rev Neurol 2012; 55 (2): 91-100 pendiente del ángulo de incidencia respecto a nues­ tros oídos. Dichas claves son extraídas indepen­ dientemente en diferentes núcleos auditivos en el tronco del encéfalo [1] para luego ser integradas y generar una percepción de localización espacial unifi­ cada. Dicha integración comienza en el mesencéfalo, en el colículo inferior [2], y continúa en el tálamo y la corteza auditiva [3]. El procesamiento de las claves espaciales auditi­ vas, además de para la localización de los sonidos, contribuye a otras funciones importantes del siste­ ma auditivo. Imaginemos por un momento que es­ tamos en una parada de autobús manteniendo una conversación. Aunque nuestra atención esté cen­ trada en dicha conversación, no por ello dejaremos de escuchar el ruido del tráfico, a la persona a nuestro lado hablando por su móvil o la conversa­ ción entre otras dos personas en la misma parada. A pesar de todos esos sonidos, nuestra conversa­ ción prosigue aparentemente sin dificultad. Ahora bien, si grabásemos a nuestro interlocutor y todos los demás sonidos ambientales y los reprodujése­ mos a través de un único altavoz, nos daríamos cuenta de que mantener la misma conversación ahora requiere un alto nivel de concentración para reconocer y aislar la voz de nuestro interlocutor del ruido ambiental y, aun así, probablemente par­ Departamento de Fisiología, Anatomía y Genética. Universidad de Oxford. Oxford, Reino Unido. Correspondencia: Dr. Fernando R. Nodal. Department of Physiology, Anatomy and Genetics. University of Oxford. Parks Road. Oxford UK. OX1 3PT. E-mail: fernando.nodal@dpag.ox.ac.uk Financiación: Wellcome Trust. Agradecimientos: Prof. Andrew J. King, Wellcome principal fellow y director del grupo auditivo de investigación del Departamento de Fisiología, Anatomía y Genética de la Universidad de Oxford. Aceptado tras revisión externa: 27.03.12. Cómo citar este artículo: Rodríguez-Nodal F, Bajo-Lorenzana VM. La corteza auditiva en el procesamiento de la información espacial. Rev Neurol 2012; 55: 91-100. © 2012 Revista de Neurología 91 F. Rodríguez-Nodal, et al Figura 1. a) Esquema de la cámara de localización del sonido. Los animales han de colocarse en la plataforma central y hacer contacto con el dispensador central de agua para iniciar la presentación del sonido en uno de los altavoces localizados en la periferia. El radio de la arena es de 70 cm; b) Secuencia de acontecimientos para cada ensayo. Toda la conducta y registro de las respuestas es controlada por ordenador e iniciada voluntariamente por los animales, descartándose la posibilidad de que el comportamiento sea modificado por el investigador. a b te del contenido resultará ininteligible por la su­ perposición de otros sonidos. Al eliminar la infor­ mación espacial asociada a cada sonido dispone­ mos de menos recursos para identificar y filtrar los sonidos [4,5] y dirigir nuestra atención hacia la fuente sonora deseada [6]. Entender cómo nuestro sistema auditivo y, en concreto, la corteza auditiva participa en el proce­ samiento de la información espacial no es solamen­ te un atractivo problema teórico, sino una necesi­ dad para diseñar prótesis auditivas eficientes capa­ ces de operar en cualquier tipo de condiciones am­ bientales con ruido. De hecho, uno de los mayores problemas que los usuarios de implantes cocleares señalan es la dificultad para mantener una percep­ ción adecuada con niveles inteligibles del lenguaje hablado en ambientes ruidosos o en situaciones so­ ciales con múltiples interlocutores. 92 Modelo animal para estudiar el procesamiento de la información espacial Con el fin de estudiar el procesamiento de la infor­ mación espacial y, en concreto, el papel que en él desempeña la corteza auditiva, hemos utilizado un modelo animal de localización del sonido en el pla­ no horizontal. Los hurones (Mustela putorius furo) son animales extensamente empleados en la inves­ tigación auditiva por ser animales inquisitivos, fáci­ les de criar y entrenar, y con un rango de audición más similar al nuestro (36 Hz-44 kHz [7]) que el de los roedores [8]. Además, su corteza, girencefálica, presenta campos auditivos bien definidos. Los hurones son entrenados con técnicas de con­ dicionamiento clásico positivo, usando agua como recompensa, en una tarea de aproximación a la fuen­ te sonora (Fig. 1a). Tras colocarse en una plataforma central e iniciar la presentación de un sonido al esta­ blecer contacto con el dispensador central de agua (Fig. 1b), un sonido de banda ancha (150 Hz-30 kHz) de duración variable (40-2.000 ms) es presentado a través de uno de los 12 altavoces distribuidos con 30° de separación, en torno a los 360° alrededor de la plataforma central. Los animales sólo son recompen­ sados si se aproximan al dispensador de agua asocia­ do al altavoz que emitió el sonido. La precisión en la localización del sonido se esti­ ma tras registrar tanto el movimiento inicial de la cabeza durante el primer segundo desde el inicio del estímulo como la comparación de la posición del es­ tímulo y la posición de la respuesta de acercamiento (Fig. 2). Ambas medidas ofrecen un grado distinto de resolución a la hora de estimar la capacidad para localizar sonidos [9]. Así, mientras la orientación inicial de la cabeza no varía dependiendo de la dura­ ción del sonido, la precisión de la respuesta de acer­ camiento se deteriora con la reducción de su dura­ ción, debido, principalmente, a una peor localiza­ ción en las posiciones más laterales y posteriores del campo auditivo en torno al animal (Fig. 2c). La dis­ tinta resolución de ambos comportamientos tam­ bién indica su distinta naturaleza, refleja en el caso del movimiento de la cabeza y voluntaria en el caso de la respuesta de acercamiento. A pesar de la omnidireccionalidad del sistema auditivo, la distinta resolución de las fuentes sono­ ras laterales y posteriores observada en la respuesta de acercamiento puede ser interpretada como una consecuencia del proceso de cefalización. De hecho, la menor precisión para localizaciones más laterales y posteriores, observada en hurones [9], ha sido des­ crita también en humanos [10], lo que sugiere una asimetría anteroposterior de las claves de localiza­ www.neurologia.com Rev Neurol 2012; 55 (2): 91-100 La corteza auditiva en el procesamiento de la información espacial ción, al menos en especies con orejas inmóviles. Di­ cha asimetría no está determinada por las claves binaurales resultantes de la comparación entre am­ bos oídos, sino por la morfología de los pabellones auditivos y su orientación. Alteraciones de su mor­ fología resultan en una distinta riqueza espectral del sonido y, por tanto, evitan confusiones en el es­ tablecimiento de la verticalidad de la fuente sonora [11] o en el juicio de su posición anteroposterior [12]. Además, la orientación de las orejas impone una atenuación para sonidos provenientes de posicio­ nes situadas detrás del individuo frente a una neta amplificación de los sonidos provenientes del espa­ cio anterior. Para sacar el máximo partido a estas claves monoaurales, algunos mamíferos, como, por ejemplo, el gato, han desarrollado la capacidad de mover las orejas, lo que permite incrementar la re­ solución espacial más allá del campo frontal. La invariabilidad de la precisión del movimiento de la cabeza contrasta con la disminución de la pre­ cisión observada en la respuesta de acercamiento cuando se reduce la duración del estímulo (Fig. 2), apoyando la idea de que el movimiento de la cabeza es un movimiento reflejo controlado a nivel del me­ sencéfalo por el colículo superior [13], mientras que la respuesta de acercamiento dependerá de la cor­ teza cerebral [14,15]. De hecho, en el colículo supe­ rior se ha descrito la existencia de un mapa espacial visual en sus capas más superficiales y auditivo en las capas más profundas [16]. Además, registros electrofisiológicos demuestran que el rango de sin­ tonización de las neuronas del colículo superior a las mejores posiciones espaciales concuerda con la extensión del mapa visual [17] y con la saturación observada para el movimiento de la cabeza para posiciones más excéntricas de 90° (Fig. 2). Por últi­ mo, la invariabilidad del movimiento de la cabeza y la estabilidad de su menor resolución para diferen­ tes duraciones del estímulo (Fig. 2) parecen indicar un procesamiento más temprano de la información espacial dentro de la vía auditiva, si bien esta visión tradicional de la vía auditiva ascendente, según la cual existe un procesamiento jerárquico de la infor­ mación auditiva, quizás deba ser revisada a la luz de los nuevos datos experimentales sobre las proyec­ ciones descendentes tanto al colículo superior [18] como al inferior [19], que han revelado tener un protagonismo inesperado [20]. Efectos de la lesión de la corteza auditiva en el procesamiento de la información espacial Aunque no se ha descrito la existencia de un mapa www.neurologia.com Rev Neurol 2012; 55 (2): 91-100 Figura 2. a) Posición angular de la cabeza respecto a la línea media a lo largo de los primeros 600 ms desde el inicio del estímulo. Diferentes líneas muestran la media dependiendo de la posición de la fuente sonora; b) Media y desviación estándar del porcentaje de aciertos de 10 animales en la conducta de acercamiento a la fuente sonora para las duraciones de sonido de 40 y 1.000 ms. Cuando la duración del estímulo fue de 1.000 ms, la precisión fue casi del 100% para todas las posiciones alrededor del animal. Sin embargo, para estímulos de 40 ms, la precisión disminuye hasta el 50% para posiciones laterales y posteriores; c) Valores de la información mutua entre la posición de la fuente sonora y la respuesta del animal tanto para el movimiento de la cabeza (en gris) como para el acercamiento al sonido (en blanco). Para el comportamiento de acercamiento, la información mutua aumenta con la duración del sonido, mientras que para el movimiento de orientación de la cabeza permanece constante, indicando la diferente resolución de ambos comportamientos; d) Media y desviación típica del ángulo final de la cabeza en relación con la posición de la fuente sonora para las duraciones del sonido de 40 (gris) y 1.000 ms (negro). Obsérvese la similitud para ambos estímulos en contraposición a lo observado en el comportamiento de aproximación (b). Fórmula de la información mutua: p(r, s) es la probabilidad conjunta de r (respuesta) y s (estímulo), p(s) es la probabilidad del estímulo equivalente a 1/12 y p(r) es la probabilidad de cada respuesta obtenida a partir de la distribución de respuestas de acercamiento o de los ángulos finales de orientación de la cabeza respectivamente (modificada de [9,25]). a b c d espacial en la corteza auditiva, su participación en la localización del sonido se ha demostrado repeti­ damente en diversas especies de mamíferos [15,2124]. Las lesiones corticales unilaterales causan un déficit en la localización de fuentes sonoras en el espacio contralateral; sin embargo, existen discre­ pancias entre los diferentes estudios debido tanto a la diversidad de los paradigmas de conducta utiliza­ 93 F. Rodríguez-Nodal, et al Figura 3. Efecto de diferentes lesiones de la corteza auditiva en la localización del sonido. Los paneles superiores (a y d) muestran los diferentes déficits entre lesiones restringidas a la corteza auditiva primaria, columna de la derecha, y lesiones extensas que abarcaron la mayor parte de la corteza auditiva, columna izquierda (b y c). En diferentes tonos de grises se representan los distintos tipos de respuestas, según el error cometido. Únicamente lesiones muy extensas resultaron en un déficit notable, que de otra forma sólo se observó para duraciones de sonido cortas de 40-200 ms. Los paneles e y f muestran cómo la información mutua entre la posición del sonido y la orientación final de la cabeza (véase la fórmula en el pie de la fig. 2) solamente se ve disminuida después de lesiones extensas de la corteza auditiva para duraciones del estímulo inferiores a 500 ms (modificado de [25]). a b c d e f dos ­–ángulo mínimo audible frente a localización absoluta en el espacio–, como a la extensión de las lesiones entre estudios o a la existencia de diferen­ cias interespecies (por ejemplo, las ratas presentan una menor afectación que los gatos y los macacos). En nuestro modelo, la lesión bilateral de la cor­ teza auditiva primaria causa un leve déficit en la lo­ calización de sonidos breves (hasta 100 ms), carac­ terizado por una menor precisión de la respuesta 94 de acercamiento para localizaciones del estímulo la­ terales y posteriores, mientras que el movimiento inicial de la cabeza permanece inalterado [25]. Úni­ camente lesiones bilaterales que abarcan la práctica totalidad de la corteza auditiva resultan en un nota­ ble déficit en la localización del sonido para un am­ plio abanico de duraciones de sonidos, y no sólo aquéllos de corta duración (Fig. 3). En contraposición a las lesiones restringidas a áreas primarias, lesiones extensas de la corteza audi­ tiva afectaron tanto a la respuesta de acercamiento como al movimiento inicial de la cabeza, como lo re­ fleja la disminución de la información mutua calcu­ lada entre la localización del estímulo y la amplitud del movimiento de la cabeza (Fig. 3). Nuestros resul­ tados coinciden con trabajos previos en hurones [15], en los que se describe un déficit contralateral en la localización del sonido tras la lesión unilateral de la corteza auditiva primaria y una incapacidad en la localización tras lesiones completas de la corteza au­ ditiva. Sin embargo, la extensión del déficit observa­ do difiere entre ambos estudios, siendo menor en nuestro caso. Estas diferencias podrían deberse a la tarea empleada para determinar la localización del sonido (la estimación del mínimo ángulo audible en torno a la línea media, y a 60° a ambos lados de ésta [15], frente a la respuesta de acercamiento en todo el espacio [25]). Un hecho fundamental en el que am­ bos estudios coinciden es en destacar que lesiones de la corteza auditiva no causan sordera, ya que los animales son capaces de realizar diferentes tareas auditivas, aunque con una menor precisión. Las diferencias entre ambos estudios ponen de manifiesto la importancia de la conducta utilizada para evaluar una capacidad, así como el hecho de no asimilar el déficit conductual con la capacidad que se pretende evaluar. Por otro lado, la afectación del movimiento de la cabeza tras una lesión cortical re­ vela la compleja interrelación entre ambas respues­ tas, refleja y voluntaria. De hecho, se podría especu­ lar si el limitado déficit observado tras lesiones res­ tringidas se debe a una asunción de parte de la fun­ ción cortical por parte del mesencéfalo auditivo. Apo­ yando esta idea, un estudio reciente en macacos ha demostrado que lesiones de la corteza visual que pro­ vocan ceguera no sólo no impiden la realización de movimientos sacádicos guiados visualmente, sino que también se preservan los movimientos sacádicos guiados por la memoria espacial de localizaciones situadas en el hemicampo visual afectado [26]. Aunque la localización del sonido se basa en la extracción e integración de las diferentes claves de localización, cualquier percepción auditiva puede beneficiarse del procesamiento de la información es­ www.neurologia.com Rev Neurol 2012; 55 (2): 91-100 La corteza auditiva en el procesamiento de la información espacial pacial, empleándola para filtrar la señal acústica y centrar nuestra atención sólo en una parte de la es­ cena auditiva, como en el caso de nuestra conversa­ ción en la parada del autobús. Este procesamiento espacial es mucho más demandante cognitivamen­ te y, por lo tanto, es razonable suponer que la corte­ za auditiva tenga un papel esencial en él. Con el ob­ jetivo de explorar si éste era el caso, alteramos en hurones adultos los valores de la claves de localiza­ ción mediante la oclusión de un oído, recreando una sordera de conducción parcial. Con este proce­ dimiento se ven alteradas especialmente las claves binaurales, acrecentándose en favor del oído no oclui­ do las diferencias interaurales de intensidad y tiem­ po de llegada del sonido. Esta manipulación supone un motivo de confu­ sión para los animales, que muestran una tendencia a localizar todos los sonidos en el hemisferio del oído intacto. No obstante, en los días sucesivos, los hurones son capaces de corregir progresivamente los errores de localización hasta prácticamente re­ cuperar la precisión previa a la inserción del tapón auditivo (Figs. 4 y 5). Esta recuperación de la función indica lo plástico de la representación espacial inter­ na. Sin embargo, esta adaptación depende de que los animales sigan realizando la tarea de localización auditiva, ya que los animales que no fueron entrena­ dos o aquéllos entrenados en una tarea de localiza­ ción visual no presentaron ninguna corrección de los errores [27]. El requerimiento del entrenamiento ha sido puesto en relación con la posibilidad de que los animales puedan cometer errores y éstos sirvan de guía para el aprendizaje perceptual. De forma si­ milar, en lechuzas a las que se indujo una desviación del campo visual mediante prismas oculares, dicha desviación fue corregida sólo en aquellos animales a los que se les permitió cazar y, por tanto, los errores adquirieron una significación conductual [28]. La adaptación observada en hurones a lo largo de varios días supone una reinterpretación de los valores de las claves de localización, o una diferente integración de éstas para conciliar los nuevos valo­ res con localizaciones espaciales, a los cuales no co­ rresponderían teóricamente. Las diferentes claves binaurales dependen de la frecuencia del sonido. Los sonidos de altas frecuencias (> 2 kHz), debido a su menor longitud de onda, sufren una mayor di­ fracción por la cabeza y el torso y, por lo tanto, con­ tribuyen a crear las diferencias de intensidad entre ambos sonidos; los sonidos de baja frecuencia no sufren refracción, por lo que no contribuyen a las diferencias de intensidad. Además, el proceso de transducción en la cóclea está sincronizado con la fase del sonido de bajas frecuencias (≤ 2 kHz), pro­ www.neurologia.com Rev Neurol 2012; 55 (2): 91-100 Figura 4. Efecto de la lesión e inactivación de la corteza auditiva en la capacidad de adaptación a una oclusión monoaural. La columna de la izquierda muestra dos ejemplos de lesiones corticales: en el panel a se muestra una lesión restringida de la corteza primaria y en el panel b, una lesión extensa que abarcó la mayor parte de la corteza auditiva. El panel c muestra la incapacidad para adaptarse a una oclusión monoaural después de las lesiones corticales. La línea discontinua corresponde al grupo con lesiones restringidas a la corteza primaria, y la línea continua a lesiones extensas de la corteza auditiva. Los diferentes símbolos corresponden a animales individuales (modificado de [25]). La columna de la derecha muestra el efecto de la inactivación de diferentes áreas auditivas corticales –región anterior (AEG), región medial (MEG) y región posterior (PEG)– del giro ectosilviano, donde se encuentra la corteza auditiva en el hurón. Las áreas corticales primarias se localizan en el MEG. El panel d muestra el cerebro izquierdo de un hurón con uno de los implantes de Elvax/muscimol (75 mM), el panel e, la localización de los implantes para los diferentes grupos experimentales, y el panel f, la menor adaptación a una oclusión monoaural ante la inactivación de cualquier área auditiva respecto a la mostrada por los animales control (modificado de [42]). a b c d e f duciendo potenciales de acción en el nervio audi­ tivo con la misma frecuencia del sonido. Esta infor­ mación temporal se emplea en la extracción de las diferencias inter­aurales de tiempo, al actuar las neu­ ronas del núcleo medial de la oliva superior como detectores de coincidencia, respondiendo máxima­ mente ante la llegada simultánea de los impulsos 95 F. Rodríguez-Nodal, et al Figura 5. Efectos de la eliminación selectiva de la vía cortical al colículo inferior en la capacidad de adaptación a una oclusión monoaural. Se muestra (a y b) la diferencia en el menor número de neuronas piramidales de capa V tras la eliminación de la vía corticocolicular (corteza auditiva izquierda). Se ha utilizado un anticuerpo monoclonal para neurofilamento, SMI32, que es un marcador de neuronas piramidales de capas III y V. El número de neuronas piramidales de capa III no varió, aunque el marcaje aparece menos denso debido a la desaparición de las dendritas apicales de las neuronas de capa V. Se muestra (c y d) la diferencia entre los animales controles (en gris) y los lesionados (en negro). Puesto que la lesión de la vía corticocolicular fue unilateral (lado izquierdo), los datos se muestran subdivididos según la posición de la fuente sonora en los hemicampos derecho e izquierdo. Se puede apreciar que el mayor déficit se observa para posiciones contralaterales a la lesión (derecho) y en respuesta a una oclusión monoaural también contralateral (modificado de [20]). a c b incapaces de corregir los errores de localización (Fig. 4). Esta ausencia de plasticidad se observó in­ cluso para duraciones del sonido largas (1 s), para las cuales no se habían observado déficits de locali­ zación en condiciones normales en los casos con lesiones restringidas a la corteza primaria (Fig. 3), indicando que el papel de la corteza en el procesa­ miento de la información espacial es mayor cuanto mayor es la demanda cognitiva. Un hecho que se debe destacar es que la recupe­ ración de ambas conductas de localización, tanto la respuesta de acercamiento como el movimiento de la cabeza, se vio afectada por las lesiones corticales, indicando que la corteza cerebral es necesaria para la correcta expresión de ambos comportamientos. Si bien esto no es sorprendente para la respuesta de acercamiento, llama la atención para el movimiento de orientación de la cabeza, que sería reflejo y esta­ ría controlado a nivel subcortical por el colículo su­ perior. De todas formas, hay que destacar que la corteza auditiva proyecta al colículo superior direc­ tamente [18], e indirectamente mediante la proyec­ ción al colículo inferior [19,29-31]. d Áreas que participan en el procesamiento de la información espacial en la corteza auditiva nerviosos procedentes de ambos oídos. De esta ma­ nera, la utilización de sonidos de diferentes bandas de frecuencia y la modificación de la forma externa del oído para perturbar los cambios espectrales del sonido dependiente de la posición de la fuente so­ nora han permitido observar que la adaptación a nuevos valores binaurales (o a la alteración de cla­ ves binaurales) se basa en poner más énfasis o con­ fianza en la información espacial transmitida por las claves menos afectadas por la oclusión, en este caso las claves monoaurales y la diferencia interaural de tiempo [27]. Este aprendizaje perceptual requiere la integri­ dad de la corteza auditiva, puesto que animales con lesiones de la corteza auditiva primaria, así como con lesiones extensas de la corteza auditiva, fueron 96 Estudios electrofisiológicos llevados a cabo en gatos [32-34], primates [35,36] y hurones [37] coinciden en destacar que existen numerosas neuronas corti­ cales en diferentes áreas auditivas que presentan selectividad espacial, sin que en ningún territorio se haya descrito un mapa del espacio auditivo. La ausencia de un mapa ha hecho que surjan diversas teorías de cómo la información espacial es codifica­ da en la corteza. Algunos estudios han intentado ordenar las áreas corticales auditivas jerárquica­ mente, basándose en la selectividad de los campos receptivos espaciales de sus neuronas y en la infor­ mación transmitida. Una mayor selectividad espa­ cial o una mayor información transmitida corres­ ponderían a un mayor procesamiento de la infor­ mación y, por tanto, a un refinamiento de ésta [38]. Sin embargo, es discutible si este planteamiento es del todo válido, ya que otros estudios han propues­ to que la localización del sonido podría explicarse simplemente por el nivel de actividad de únicamen­ te dos canales de información [39,40]. Cada hemis­ ferio cerebral correspondería a un canal de infor­ mación que codificaría las posiciones espaciales contralaterales a éste, y la localización tendría lugar comparando la actividad neuronal global de ambos hemisferios. De ser así, la sensibilidad de neuronas www.neurologia.com Rev Neurol 2012; 55 (2): 91-100 La corteza auditiva en el procesamiento de la información espacial individuales no sería tan determinante, en tanto en cuanto las neuronas de un mismo hemisferio res­ pondiesen de forma similar para una misma locali­ zación espacial [34]. Estrechamente relacionado con el problema del orden jerárquico y, si se quiere, previo a éste está el conocer qué áreas auditivas contribuyen al procesa­ miento espacial. Resulta difícil argumentar que algu­ na área no contribuya, puesto que al menos las res­ puestas de sus neuronas, al presentar una predomi­ nancia contralateral, servirían para la lateralización. Para intentar desvelar este problema, hemos in­ activado reversiblemente diferentes regiones corti­ cales de forma bilateral y comprobado sus efectos conductuales en hurones adultos, tanto en condi­ ciones normales como en el modelo de plasticidad perceptual explicado anteriormente. La inactiva­ ción de las diferentes áreas se llevó a cabo median­ te la inserción bajo la duramadre de un polímero de Elvax embebido en muscimol, un agonista para los receptores del ácido g-aminobutírico del tipo A. La liberación de muscimol se produce de manera constante y lenta durante varias semanas, supri­ miendo la actividad de la corteza subyacente, lo que permite observar sus efectos sobre el compor­ tamiento de localización [41]. La inhibición de cualquier territorio de la corteza auditiva bilateral­ mente resultó en un modesto déficit en la localiza­ ción de sonidos breves, pero sólo para la respuesta de acercamiento, mientras que el movimiento de la cabeza no resultó afectado [42,43]. Estos resultados sugieren que todos los territorios auditivos cortica­ les contribuyen al procesado de información espa­ cial, si bien la inactivación de las áreas primarias produjo un déficit ligeramente mayor, comparable al observado después de lesiones corticales de simi­ lar extensión [43]. Aunque la inactivación de diferentes áreas corti­ cales resultó en un déficit moderado en la localiza­ ción del sonido similar al producido después de le­ siones restringidas en la corteza, la capacidad de adaptación a diferentes valores de las claves de lo­ calización resultó menos afectada que tras las le­ siones corticales. La capacidad de adaptarse y co­ rregir los errores fue menor en animales en los que se inactivaron diferentes áreas de la corteza auditi­ va que la observada en animales controles sin nin­ guna manipulación previa. Sin embargo, a diferen­ cia de los animales con lesiones en la corteza audi­ tiva, dicha capacidad de adaptación no se suprimió. Tales diferencias pueden deberse al traumatismo de la lesión mecánica cortical frente a la inocuidad anatómica del proceso de inactivación con Elvax/ muscimol, que preserva las conexiones intracorti­ www.neurologia.com Rev Neurol 2012; 55 (2): 91-100 cales permitiendo que el procesado en otras áreas no se altere [42]. En el sistema visual se ha descrito la existencia de dos grandes vías de procesado de la información, según las cuales la identidad del estímulo es proce­ sada a lo largo de la vía ventral –vía del ‘qué’–, mien­ tras que la información referente a la localización espacial discurriría por la vía dorsal –vía del ‘dón­ de’– [44]. De forma similar, estos dos grandes cana­ les han sido propuestos también en el sistema audi­ tivo de primates [45]. Asimismo, la inactivación por enfriamiento de diferentes áreas auditivas en la cor­ teza del gato parecen sugerir que éste podría ser también el caso, con las áreas corticales auditivas anteriores y posteriores implicadas en la identifica­ ción del objeto sonoro y su localización, respectiva­ mente [46]. Sin embargo, la gran interconexión en­ tre las diferentes áreas corticales, así como la difi­ cultad para disociar entre la identificación y la loca­ lización para un mismo objeto auditivo (baste re­ cordar el ejemplo de la conversación en la parada del autobús), arrojan dudas sobre la estricta duali­ dad propuesta. Nuestros resultados no apoyan ini­ cialmente esta dualidad en el procesamiento, sugi­ riendo que todas las áreas contribuyen, al menos parcialmente, al procesamiento de la información espacial, si bien hay que reseñar que los territorios inactivados sobrepasaron la extensión individual de las áreas fisiológicamente establecidas en hurones [47]. No obstante, datos recientes en la corteza au­ ditiva del hurón han demostrado que las neuronas en las diferentes áreas auditivas corticales son sen­ sibles no sólo a atributos espaciales del sonido, sino también a otras de sus características, como el tono y el timbre, sin que se haya encontrado ninguna es­ pecialización entre las diferentes áreas en cuanto a las características del estímulo codificadas [48]. Procesamiento subcortical de la información espacial Hasta ahora hemos considerado que el procesa­ miento de la información espacial, aun con un cier­ to desarrollo en paralelo, como la extracción de las diferentes claves de localización, es llevado a cabo en serie a lo largo de la vía auditiva ascendente, cul­ minando en la corteza. Este punto de vista es per­ fectamente congruente con la visión tradicional del sistema auditivo, según la cual, al ir ascendiendo en la vía, la señal es progresivamente analizada y la in­ formación pertinente es extraída hasta generar una percepción cortical. Esta misma visión nos lleva a aceptar fácilmente la dualidad del movimiento de la 97 F. Rodríguez-Nodal, et al cabeza y la respuesta de acercamiento. El primero, de carácter reflejo controlado a nivel subcortical, y con menor precisión debido quizás a lo temprano de su generación; el segundo, de carácter voluntario y con mayor precisión, estaría mediado por la corte­ za auditiva. Sin embargo, y como ya hemos mencio­ nado anteriormente, la lesión cortical afecta al mo­ vimiento de la cabeza, aunque aún no sepamos qué circuitos participan en este control. El problema de esta concepción es que no tiene en consideración las numerosas conexiones descen­ dentes descritas en el sistema auditivo que estable­ cen bucles entre los diferentes eslabones de la vía [49]. De este modo, es difícil determinar cuál es el papel de la corteza sin considerar que ella misma modifica su actividad mediante conexiones descen­ dentes que, a su vez, influyen en la información en­ trante a la propia corteza. Una de las proyecciones corticofugas más estudiadas es la que une la corteza y el colículo inferior procedente de las neuronas pi­ ramidales de la capa V [19,29]. Aunque se han des­ crito cambios en la actividad del colículo inferior respecto a las claves de localización como conse­ cuencia de la modificación de la actividad cortical en animales anestesiados [50], no está claro cómo dichas proyecciones afectan el procesamiento de la información espacial. Con el fin de explorar el papel de la proyección corticocolicular, hemos desarrolla­ do una técnica de eliminación neuronal selectiva que nos permite eliminar esta vía sin alterar el resto de la conectividad cortical [20,51]. Para ello inyecta­ mos un marcador neuronal retrógrado combinado con clorina en el colículo inferior unilateralmente. Una vez que el marcador neuronal es transportado retrógradamente y acumulado en el soma de las neuronas que proyectan al colículo inferior, inclui­ das las de la capa V en la corteza auditiva, irradia­ mos con un láser de infrarrojos la corteza auditiva expuesta gracias a una craneotomía. La luz del láser activa la clorina asociada con el marcador neuronal, iniciando un proceso de apoptosis por la liberación de radicales libres de oxígeno. El resto de las neuro­ nas corticales no marcadas no sufrió daños celulares como consecuencia del procedimiento (Fig. 5) [20]. La eliminación de la proyección corticocolicular no afectó ni al movimiento de orientación de la ca­ beza ni a la respuesta de acercamiento incluso cuan­ do se emplearon estímulos de corta duración (40 ms). Sin embargo, la capacidad de adaptación tras la oclu­ sión monoaural sí se vio afectada. En contraposición a los animales control, los animales con la vía corti­ cocolicular lesionada no mostraron ninguna mejoría en la respuesta de acercamiento para localizaciones de sonido contralaterales al lado lesionado (Figs. 5c y 98 5d). Del mismo modo, el movimiento de la cabeza, en vez de mejorar con el entrenamiento como en los animales normales, se mantuvo muy variable e im­ preciso, sin mostrar una clara adaptación [20]. Estos resultados indican que la proyección corticocolicular no es imprescindible en condiciones que no requie­ ren más allá de la identificación de la fuente sonora. Pero, en condiciones más demandantes cognitiva­ mente en las que se requiere un procesamiento diná­ mico de la señal, resultan imprescindibles tanto para la respuesta de acercamiento como para el movi­ miento inicial de orientación de la cabeza. Conclusiones Diferentes manipulaciones de la corteza auditiva, lesiones o inactivación de las diferentes áreas, así como la eliminación de circuitos específicos, no siempre resultan en un déficit en la localización del sonido en condiciones normales de audición. Sin embargo, cualquier manipulación cortical conlleva un déficit en la plasticidad espacial necesaria para adaptarse a cambios en la claves de localización. La información espacial es extraída por un proceso de computación e integración iniciado a nivel del tron­ co del encéfalo. La temprana representación espa­ cial descrita en el colículo superior puede ser la res­ ponsable de que lesiones o inactivaciones parciales de la corteza auditiva tengan un efecto limitado en la localización del sonido. Sin embargo, cuando los animales son sometidos a una tarea cognitiva más demandante, el papel de la corteza auditiva se reve­ la como imprescindible. Del mismo modo, la eliminación selectiva del circuito corticocolicular al colículo inferior pone de relieve el complejo procesamiento cortical de la in­ formación espacial. La visión en serie y jerárquica del procesamiento de la información a lo largo de la vía auditiva debe ser revisada ante la descripción de los circuitos descendentes que crean conexiones recurrentes dentro de la vía. Así, el procesamiento dentro de cada estación de relevo no sólo afecta a la siguiente, sino que recurre en las previas, siendo capaz de modificar, por tanto, su información en­ trante. La existencia de estos bucles permite un procesamiento de la información que excede la simple extracción e integración de los componentes básicos de la señal, para ser capaz de modificar la señal de partida y por lo tanto de adaptarse a diver­ sas condiciones. El sistema auditivo, en concreto, y los sistemas sensoriales, en general, se revelan como eslabones de una cadena dinámica que puede ser modificada de acuerdo con la experiencia. www.neurologia.com Rev Neurol 2012; 55 (2): 91-100 La corteza auditiva en el procesamiento de la información espacial Bibliografía 1. Young ED. Parallel processing in the nervous system: evidence from sensory maps. Proc Natl Acad Sci U S A 1998; 95: 933-4. 2. Chase SM, Young ED. Cues for sound localization are encoded in multiple aspects of spike trains in the inferior colliculus. J Neurophysiol 2008; 99: 1672-82. 3. Chechik G, Anderson MJ, Bar-Yosef O, Young ED, Tishby N, Nelken I. Reduction of information redundancy in the ascending auditory pathway. 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Sound localization deficits were found after lesion or inactivation of the different auditory cortical regions, thereby indicating their participation in spatial processing. The differential impairments found in the approach-to-target and in the head movement responses reveal the complex relationship between cortex and midbrain which are putatively responsible for the voluntary and reflexive aspects of localization behaviour respectively. Furthermore, every auditory cortical region contributes to the adaptation process that follows monaural occlusion, indicating the key role that the auditory cortex plays in experience-dependent plasticity. Also, the selective lesion of the descending projections from the auditory cortex to the inferior colliculus by chromophore-targeted laser photolysis has revealed the essential function that descending pathways play in learning-induced localization plasticity. Key words. Cortical lesion. Efferent pathways. Ferret. Muscimol. Plasticity. Sound localization. 100 www.neurologia.com Rev Neurol 2012; 55 (2): 91-100