Desde el 2005 en nuestro laboratorio hemos empezado a estudiar la bases neurofisiológicas de la cuantificación del tiempo en la escala de los cientos de los milisegundos. En esta escala se desarrollan una serie de conductas fundamentales como son la intercepción de blancos en movimiento, la evitación de colisiones, la percepción y producción del lenguaje, así como la apreciación y ejecución musical[1-4]. Estudios de psicofísica, neuroimagen, farmacología y neurofisiología han sugerido la presencia de mecanismos específicos para procesar intervalos temporales en el rango de los cientos de milisegundos[5-7]. Por ejemplo, nuestro grupo ha demostrado que las neuronas de las áreas premotoras mediales (APM) del mono muestran un cambio sistemático es su actividad en función de la duración de los intervalos producidos en una tarea de producción rítmica, en la que los macacos oprimen un botón guiados por un metrónomo sensorial con intervalos que van de 450 a 1000 ms[8]. Las neuronas en esta área no sólo están sintonizadas a la duración, sino también al orden serial de los intervalos de la secuencia rítmica[8-9]. Sin embargo, se desconoce cómo estas neuronas interaccionan a nivel poblacional para generar la conducta rítmica en primates. Consecuentemente, en este proyecto proponemos determinar la dinámica de la actividad poblacional de neuronas en la corteza premotora medial del primate durante la producción de intervalos rítmicos. La tesis general de este proyecto es que tiempo es una propiedad emergente de la dinámica de los circuitos neuronales, donde el estado actual de la actividad de la red codifica el tiempo que ha transcurrido desde algún evento conductual. Con el fin de abordar este problema se propone determinar tanto la dinámica de interacción de redes neuronales durante una tarea de sincronización a una secuencia de estímulos isócronos en monos Rhesus, como los cambios en esta dinámica poblacional ante perturbaciones en la estructura temporal u ordinal de los intervalos en la secuencia rítmica. Para esto, se registrará la actividad extracelular de más de cien neuronas únicas simultáneamente en las APM durante la ejecución de las tareas de sincronización y perturbación en macacos previamente entrenados en dichos paradigmas. Además, se utilizará el Análisis de Componentes Principales (PCA) para caracterizar actividad poblacional como una trayectoria en espacio tridimensional que estará asociada al estado de la red durante la ejecución de las tareas. Este enfoque metodológico nos permitirá: (1) determinar si diferentes duraciones generan trayectorias neuronales particulares con patrones espaciotemporales reproducibles; y (2) determinar cómo las trayectorias de redes neuronales se alteran ante perturbaciones en la estructura temporal y ordinal de los intervalos generados.

Como mencioné anteriormente, el estudio neurofisiológico de la percepción y producción de intervalos temporales es muy reciente. El presente proyecto será, entonces, uno de los primeros en investigar de manera específica los mecanismos neuronales del manejo del tiempo, determinando el papel de la interacción dinámica de redes neuronales en la corteza cerebral en esta función de alto orden. La originalidad de este proyecto no se debe exclusivamente a la falta de estudios en esta área del conocimiento, sino que también depende de la metodología y el modelo animal que se planea utilizar para abordar el problema. 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 del tiempo que podrán ser estudiadas en el presente proyecto tendrán la virtud de poder ser generalizadas al ser humano. Finalmente, el estudio de la actividad de cientos de neuronas registradas simultaneamente durante la producción de intervalos temporales es el método más adecuado para estudiar los procesos neurofisiológicos que sustentan cualquier conducta, ya que no sólo permite identificar las áreas cerebrales asociadas a una función sino que también permite determinar los códigos neuronales involucrados. Estos códigos pueden ser caracterizados tanto a nivel de neuronas únicas como a nivel de poblaciones neuronales. La tesis general de este proyecto es que tiempo es una propiedad emergente de la dinámica de los circuitos neuronales, donde el estado actual de la actividad de la red codifica el tiempo que ha transcurrido desde algún evento conductual. Por lo tanto este estudio determinará cual es la dinámica de las redes neuronales en las APM durante la ejecución rítmica de movimientos voluntarios. Así, la contribución de este proyecto en el campo de la neurofisiología de la codificación de intervalos temporales será fundamental. El descubrimiento de códigos poblacionales específicos para el manejo del tiempo tendrá un impacto importante en otras áreas de la neurofisiología, incluyendo el estudio de procesos perceptivos, cognitivos y de ejecución motora.