Códigos con estructura temporal en neurociencia computacional

La visión más tradicional del código neuronal se basa en suponer que las neuronas representan información variando su tasa de disparo. Existen estudios más recientes, sin embargo, que demuestran que en el sistema nervioso la información se codifica por varios mecanismos actuando en paralelo, siendo la frecuencia tan sólo uno de los códigos en juego. Existen otros códigos basados en la modulación de la localización temporal de los disparos, ya sea estructurando el tren de spikes de neuronas individuales en escalas de unos pocos milisegundos, coordinando los disparos de pares de neuronas, o sincronizándolos respecto de las fluctuaciones del potencial eléctrico circundante. En esta tesis exploramos cuatro ejemplos de tales códigos. Utilizando herramientas de la teoría de sistemas dinámicos y la teoría de la información, demostramos que tanto en modelos teóricos como en simulaciones numéricas los códigos temporalmente estructurados se manifiestan a nivel de neuronas individuales y en poblaciones, con consecuencias en la codificación, y en procesos de aprendizaje. Posteriormente analizamos datos electrofisiológicos de trenes de spikes y potenciales de campo registrados en el lóbulo temporal de roedores que realizan tareas de exploración y locomoción. Los registros muestran códigos temporalmente estructurados, donde las neuronas individuales generan secuencias de spikes que codifican información del potencial local de campo. Los potenciales de campo, a su vez, oscilan a frecuencia theta, observándose saltos abruptos en la fase de la oscilación asociados a eventos comportamentales relevantes. El análisis sugiere que la estructura temporal de las señales electrofisiológicas tiene información del estado de movimiento del roedor, y en particular, permite identificar eventos en los que el animal parece identificar con precisión su ubicación en el espacio, y corregir el error acumulado hasta el momento. Concluimos que los códigos temporalmente estructurados son ubicuos, y tienen relevancia funcional en el sistema nervioso de los mamíferos