Neurocientíficos descifran los mecanismos cerebrales detrás del aprendizaje por estímulos

MADRID, 2 (EUROPA PRESS)

Neurocientíficos de la Universidad de Ginebra (Suiza) han descifrado con precisión cómo la retroalimentación de las regiones más profundas del cerebro permite el fortalecimiento sináptico mediante la activación y desactivación de neuronas inhibitorias particulares. Así, arrojan luz sobre los mecanismos cerebrales detrás del aprendizaje perceptivo, es decir, a través de estímulos.

Los seres humanos, como otros animales, poseen una enorme capacidad de aprendizaje que permite captar nueva información sensorial para dominar nuevas habilidades o adaptarse a un entorno en constante cambio. Sin embargo, muchos de los mecanismos que permiten a los humanos aprender siguen siendo poco conocidos.

Anteriormente, estos mismo investigadores suizos ya demostraron que los mecanismos de aprendizaje sináptico en la corteza cerebral dependen de la retroalimentación de las regiones cerebrales más profundas. Ahora en este estudio publicado en la revista 'Neuron', podrían aportar más información sobre los sistemas de aprendizaje computarizados y la inteligencia artificial.

La corteza, la región externa y más grande del cerebro, es importante para funciones cognitivas superiores, comportamientos complejos, percepción y aprendizaje. Tras la llegada de un estímulo sensorial, la corteza procesa y filtra su información antes de pasar los aspectos más relevantes a otras regiones del cerebro. Algunas de estas regiones del cerebro, a su vez, envían información de vuelta a la corteza. Estos bucles, conocidos como 'sistemas de retroalimentación', se consideran esenciales para el funcionamiento de las redes corticales y su adaptación a la nueva información sensorial.

"Para el aprendizaje perceptivo, que es la capacidad mejorada para responder a un estímulo sensorial, los circuitos neuronales deben evaluar primero la importancia de la información sensorial entrante y luego refinar la forma en que se procesa en el futuro. Los sistemas de retroalimentación confirman en cierta medida que las sinapsis que fueron responsables de transmitir la información a otras áreas del cerebro lo hicieron correctamente", explica el líder del estudio, Anthony Holtmaat.

Los bigotes en el hocico de un ratón, por ejemplo, están especializados en la detección táctil y desempeñan un papel importante en la capacidad del animal para comprender aspectos de su entorno directo. La parte de la corteza que procesa la información sensorial de los bigotes optimiza continuamente sus sinapsis para aprender nuevos aspectos sobre el entorno táctil. Por lo tanto, constituye un modelo interesante para comprender el papel de los sistemas de retroalimentación en los mecanismos de aprendizaje sináptico.

EL ESTUDIO

Los científicos suizos aislaron un circuito de retroalimentación relacionado con los bigotes y utilizaron electrodos para medir la actividad eléctrica de las neuronas en la corteza. Después, imitaron la entrada sensorial estimulando una parte específica de la corteza conocida para procesar esta información y, al mismo tiempo, utilizaron la luz para controlar el circuito de retroalimentación.

"Este modelo ex vivo nos permitió controlar la retroalimentación independientemente de la entrada sensorial, lo cual es imposible de hacer in vivo. Sin embargo, desconectar la entrada sensorial de la retroalimentación fue esencial para entender cómo la interacción entre las dos derivaciones para el fortalecimiento sináptico", agrega Holtmaat.

El equipo ha demostrado que ambos componentes, cuando se activan por separado, activan una amplia gama de neuronas. Sin embargo, cuando se activan simultáneamente, algunas neuronas en realidad disminuyen su actividad. "Las neuronas que se inhiben cuando la entrada sensorial y la retroalimentación ocurren juntas, generalmente inhiben a las neuronas que son importantes para la percepción, esto se conoce como una inhibición de la inhibición o una desinhibición. Por lo tanto, actúan como una puerta para la información entrante, y normalmente están cerradas. Pero cuando se recibe información, la puerta se abre, lo que permite que las sinapsis que cuidan la información sensorial primaria aumenten su fuerza", explica la primera autora del estudio, Leena Williams.

Ahora que han identificado con precisión qué neuronas están involucradas en este mecanismo, estos científicos probarán sus resultados en la 'vida real' para verificar si las neuronas inhibidoras se comportarán como se predijo cuando un ratón necesita aprender nueva información sensorial o cuando descubre nuevos aspectos en su entorno más cercano.