La corteza auditiva en el procesamiento de la información espacial

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:
[email protected]
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. Neuron 2006; 51: 359-68.
4. Lee AKC, Deane-Pratt A, Shinn-Cunningham BG. Localization
interference between components in an auditory scene.
J Acoust Soc Am 2009; 126: 2543-55.
5. Kidd G Jr, Mason CR, Best V, Marrone N. Stimulus factors
influencing spatial release from speech-on-speech masking.
J Acoust Soc Am 2010; 128: 1965-78.
6. Best V, Gallun FJ, Ihlefeld A, Shinn-Cunningham BG.
The influence of spatial separation on divided listening.
J Acoust Soc Am 2006; 120: 1506-16.
7. Kelly JB, Kavanagh GL, Dalton JC. Hearing in the ferret
(Mustela putorius): thresholds for pure tone detection.
Hear Res 1986; 24: 269-75.
8. Du Y, Ping J, Li N, Wu X, Li L, Galbraith G. Ultrasonic evoked
responses in rat cochlear nucleus. Brain Res 2007; 1172: 40-7.
9. Nodal FR, Bajo VM, Parsons CH, Schnupp JW, King AJ.
Sound localization behavior in ferrets: comparison of acoustic
orientation and approach-to-target responses. Neuroscience
2008; 154: 397-408.
10. Oldfield SR, Parker SP. Acuity of sound localisation: a topography
of auditory space. I. Normal hearing conditions. Perception
1984; 13: 581-600.
11. Hofman PM, Van Riswick JG, Van Opstal AJ. Relearning sound
localization with new ears. Nat Neurosci 1998; 1: 417-21.
12. Wenzel EM, Arruda M, Kistler DJ, Wightman FL. Localization
using nonindividualized head-related transfer functions.
J Acoust Soc Am 1993; 94: 111-23.
13. Thompson GC, Masterton RB. Brain stem auditory pathways
involved in reflexive head orientation to sound. J Neurophysiol
1978; 41: 1183-202.
14. Heffner H, Masterton B. Contribution of auditory cortex
to sound localization in the monkey (Macaca mulatta).
J Neurophysiol 1975; 38: 1340-58.
15. Kavanagh GL, Kelly JB. Contribution of auditory cortex
to sound localization by the ferret (Mustela putorius).
J Neurophysiol 1987; 57: 1746-66.
16. Palmer AR, King AJ. The representation of auditory space in
the mammalian superior colliculus. Nature 1982; 299: 248-9.
17. Campbell RAA, King AJ, Nodal FR, Schnupp JWH, Carlile S,
Doubell TP. Virtual adult ears reveal the roles of acoustical
factors and experience in auditory space map development.
J Neurosci 2008; 28: 11557-70.
18. Bajo VM, Nodal FR, Bizley JK, King AJ. The non-lemniscal
auditory cortex in ferrets: convergence of corticotectal inputs
in the superior colliculus. Front Neuroanat 2010; 4: 18.
19. Bajo VM, Nodal FR, Bizley JK, Moore DR, King AJ.
The ferret auditory cortex: descending projections
to the inferior colliculus. Cereb Cortex 2007; 17: 475-91.
20. Bajo VM, Nodal FR, Moore DR, King AJ. The descending
corticocollicular pathway mediates learning-induced
auditory plasticity. Nat Neurosci 2010; 13: 253-60.
21. Kelly JB, Kavanagh GL. Effects of auditory cortical lesions
on pure-tone sound localization by the albino rat. Behav
Neurosci 1986; 100: 569-75.
22. Heffner HE, Heffner RS. Effect of bilateral auditory
cortex lesions on sound localization in Japanese macaques.
J Neurophysiol 1990; 64: 915-31.
23. Beitel RE, Kaas JH. Effects of bilateral and unilateral ablation
of auditory cortex in cats on the unconditioned head orienting
response to acoustic stimuli. J Neurophysiol 1993; 70: 351-69.
24. Malhotra S, Hall AJ, Lomber SG. Cortical control of sound
localization in the cat: unilateral cooling deactivation of 19
cerebral areas. J Neurophysiol 2004; 92: 1625-43.
25. Nodal FR, Kacelnik O, Bajo VM, Bizley JK, Moore DR, King AJ.
www.neurologia.com Rev Neurol 2012; 55 (2): 91-100
26.
27.
28.
29.
30.
31.
32.
33.
34.
35.
36.
37.
38.
39.
40.
41.
42.
43.
44.
45.
46.
47.
Lesions of the auditory cortex impair azimuthal sound
localization and its recalibration in ferrets. J Neurophysiol
2010; 103: 1209-25.
Takaura K, Yoshida M, Isa T. Neural substrate of spatial
memory in the superior colliculus after damage to the primary
visual cortex. J Neurosci 2011; 31: 4233-41.
Kacelnik O, Nodal FR, Parsons CH, King AJ. Training-induced
plasticity of auditory localization in adult mammals. PLoS
Biol 2006; 4: e71.
Bergan JF, Ro P, Ro D, Knudsen EI. Hunting increases adaptive
auditory map plasticity in adult barn owls. J Neurosci 2005;
25: 9816-20.
Bajo VM, Moore DR. Descending projections from the
auditory cortex to the inferior colliculus in the gerbil,
Meriones unguiculatus. J Comp Neurol 2005; 486: 101-16.
King AJ, Jiang ZD, Moore DR. Auditory brainstem projections
to the ferret superior colliculus: anatomical contribution to
the neural coding of sound azimuth. J Comp Neurol 1998;
390: 342-65.
Nodal FR, Doubell TP, Jiang ZD, Thompson ID, King AJ.
Development of the projection from the nucleus of the
brachium of the inferior colliculus to the superior colliculus
in the ferret. J Comp Neurol 2005; 485: 202-17.
Brugge JF, Reale RA, Hind JE. The structure of spatial receptive
fields of neurons in primary auditory cortex of the cat.
J Neurosci 1996; 16: 4420-37.
Mickey BJ, Middlebrooks JC. Representation of auditory
space by cortical neurons in awake cats. J Neurosci 2003; 23:
8649-63.
Stecker GC, Middlebrooks JC. Distributed coding of sound
locations in the auditory cortex. Biol Cybern 2003; 89: 341-9.
Werner-Reiss U, Groh JM. A rate code for sound azimuth in
monkey auditory cortex: implications for human neuroimaging
studies. J Neurosci 2008; 28: 3747-58.
Recanzone GH, Engle JR, Juárez-Salinas DL. Spatial and
temporal processing of single auditory cortical neurons
and populations of neurons in the macaque monkey.
Hear Res 2011; 271: 115-22.
Mrsic-Flogel TD, King AJ, Schnupp JWH. Encoding of
virtual acoustic space stimuli by neurons in ferret primary
auditory cortex. J Neurophysiol 2005; 93: 3489-503.
Harrington IA, Stecker GC, Macpherson EA, Middlebrooks JC.
Spatial sensitivity of neurons in the anterior, posterior, and
primary fields of cat auditory cortex. Hear Res 2008; 240: 22-41.
Boehnke SE, Phillips DP. Azimuthal tuning of human perceptual
channels for sound location. J Acoust Soc Am 1999; 106:
1948-55.
Stecker GC, Harrington IA, Middlebrooks JC. Location coding
by opponent neural populations in the auditory cortex.
PLoS Biol 2005; 3: e78.
Smith AL, Parsons CH, Lanyon RG, Bizley JK, Akerman CJ,
Baker GE, et al. An investigation of the role of auditory cortex
in sound localization using muscimol-releasing Elvax. Eur J
Neurosci 2004; 19: 3059-72.
Nodal FR, Bajo VM, King AJ. Plasticity of spatial hearing:
behavioural effects of cortical inactivation. J Physiol 2012;
Apr 30. [Epub ahead of print].
Nodal FR, Bajo VM, King AJ. Role of primary auditory cortex
in acoustic orientation and approach-to-target responses.
In López-Poveda EA, Palmer AR, Meddis R, eds. Advances in
auditory physiology, psychophysics and models. New York:
Springer; 2009. p. 581-93.
Mishkin M, Ungerleider LG, Macko KA. Object vision and
spatial vision: two cortical pathways. Trends Neurosci 1983;
6: 414-7.
Romanski LM, Tian B, Fritz J, Mishkin M, Goldman-Rakic PS,
Rauschecker JP. Dual streams of auditory afferents target
multiple domains in the primate prefrontal cortex. Nat Neurosci
1999; 2: 1131-6.
Lomber SG, Malhotra S. Double dissociation of ‘what’ and
‘where’ processing in auditory cortex. Nat Neurosci 2008;
11: 609-16.
Bizley JK, Nodal FR, Nelken I, King AJ. Functional
99
F. Rodríguez-Nodal, et al
organization of ferret auditory cortex. Cereb Cortex 2005;
15: 1637-53.
48. Bizley JK, Walker KMM, Silverman BW, King AJ, Schnupp
JWH. Interdependent encoding of pitch, timbre, and spatial
location in auditory cortex. J Neurosci 2009; 29: 2064-75.
49. Winer JA. Decoding the auditory corticofugal systems.
Hear Res 2006; 212: 1-8.
50. Nakamoto KT, Jones SJ, Palmer AR. Descending projections
from auditory cortex modulate sensitivity in the midbrain to
cues for spatial position. J Neurophysiol 2008; 99: 2347-56.
51. Macklis JD. Transplanted neocortical neurons migrate
selectively into regions of neuronal degeneration produced
by chromophore-targeted laser photolysis. J Neurosci 1993;
13: 3848-63.
The role of the auditory cortex in the spatial information processing
Summary. Sound localization is a computational process accomplished along the auditory pathway. Once the acoustic
information received at each ear is analyzed independently (monaural cues) and comparatively (binaural cues), those
cues are integrated to generate a coherent spatial percept. Using adult ferrets trained by positive conditioning in a spatial
task, we aimed to study the role of the auditory cortex in the ability to localize sounds under both normal hearing and
monaurally occluded conditions, the latter of which requires a reinterpretation of the values of the localization cues.
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