Es probable que una sorpresa agradable o un shock desagradable sea una experiencia memorable. Por ejemplo, si toca un horno caliente, rápidamente aprenderá a no volver a hacerlo.
El aprendizaje por ensayo y error, que puede producir consecuencias positivas o negativas, se conoce como aprendizaje de refuerzo. Las personas pueden aprender nuevos comportamientos en entornos desconocidos explorando y memorizando señales sensoriales o acciones que conducen a buenos o malos resultados.
Los neurocientíficos saben que una parte del prosencéfalo llamada ganglios basales desempeña un papel importante en el aprendizaje de refuerzo. Una parte importante de los ganglios basales, el cuerpo estriado, se compone de un mosaico de dos tipos de tejido: el estriosoma y la matriz.Sin embargo, a pesar de que fueron descubiertos hace tres décadas, los distintos roles que desempeñan estas regiones siguen siendo un misterio.
Ahora, los investigadores de la Unidad de Computación Neural de la Universidad de Graduados del Instituto de Ciencia y Tecnología de Okinawa OIST han utilizado la última tecnología de imágenes neuronales ópticas para aislar y registrar la actividad de las neuronas en el estriosoma, arrojando luz sobre el papel deneuronas estriosomales en el aprendizaje de refuerzo. Su trabajo fue publicado recientemente en la revista eNeuro .
Los neurocientíficos han supuesto durante mucho tiempo que las neuronas del estriosoma están involucradas en la predicción de cuándo el resultado de un estímulo será positivo, un proceso llamado predicción de recompensa. Esto se debe a que estas neuronas se conectan a las neuronas del cerebro medio que producen un químico de señalización importante llamadodopamina, que regula el comportamiento motivado por recompensas en el cerebro de los vertebrados.
"La predicción de recompensas es importante para nuestra vida diaria", dice el profesor Kenji Doya, líder de la Unidad de Computación Neural, "por ejemplo, cuando encuentras tu plato favorito en una pantalla o un menú, puedes emocionarte incluso antes de comer realmentey hacer una elección en consecuencia "
El papel de las neuronas estriosómicas en la predicción de recompensas no se había confirmado porque su organización en el cerebro hace que sea muy difícil distinguirlas y registrar sus actividades ". Las neuronas estriosómicas comprenden solo el 15% del cuerpo estriado y están dispersas en mosaico dentro de ellas.esto hace que sea difícil aislarlos ", explica Tomohiko Yoshizawa, técnico de OIST y primer autor del artículo.
Los investigadores de OIST superaron este problema utilizando una técnica de imagen especial y tecnología de manipulación de genes. Trabajaron con ratones transgénicos que expresan genes específicos solo en las neuronas estriosómicas. Los genes codifican indicadores de calcio que brillan bajo luz fluorescente cuando las neuronas se activanLa imagen de un área profunda del cerebro como el cuerpo estriado anteriormente requería la eliminación de una gran parte del cerebro por encima de esa área. Sin embargo, mediante el uso de un nuevo microscopio endoscópico desarrollado por una empresa spin-off de la Universidad de Stanford, que utiliza una varilla de vidrio delgada como lente, los investigadores pudieron registrar la actividad de las neuronas estriosómicas de una manera mínimamente invasiva. Mediante esta técnica de imagen con los ratones transgénicos, pudieron observar las neuronas estriosómicas durante largos períodos de tiempo y medir su actividad mientras los ratones realizaban tareas específicas.
En estas tareas, los investigadores presentaron a los ratones cuatro olores diferentes: plátano, limón, canela y menta. Cada olor estaba relacionado con un resultado específico: mucha agua una gran recompensa, un poco de agua una pequeña recompensa, una bocanada de aire en la cara una recompensa negativa o nada. Los ratones comenzaron a lamer la boquilla de agua ya que anticiparon una recompensa de agua por olores específicos, incluso antes de que se suministrara el agua.
Los investigadores demostraron que, a medida que los ratones aprendieron la tarea, las neuronas estriosómicas se dispararon más activamente en respuesta a las señales de olor asociadas con las recompensas de agua, lo que significa que estaban involucradas en anticipar el resultado del estímulo. Estas actividades fueron proporcionales a la consecuencia esperada:- la anticipación de una recompensa mayor provocó una mayor respuesta en la neurona.
Al medir las actividades de las neuronas estriosómicas todos los días durante varias semanas, los investigadores demostraron que estas células cerebrales son más activas en las primeras etapas de aprendizaje, después de aproximadamente una semana, o en etapas tardías, después de aproximadamente dos semanas. Esto significa que elLas actividades predictivas de las neuronas estriosómicas son específicas de la etapa de aprendizaje.
Las neuronas estriosomales también estaban activas cuando se presentó el soplo de agua o aire. Esto significa que, además de transmitir señales sobre las recompensas esperadas, también transmiten información sobre las recompensas reales.
"Podemos aprender mucho estudiando ratones porque el diseño en mosaico de los estriosomas y la matriz es el mismo tanto en el cerebro del ratón como en el humano", dice Yoshizawa.
Entender el papel específico de las neuronas estriosómicas podría algún día ayudar a los investigadores a diagnosticar y tratar trastornos causados por problemas de señalización en esta región del cerebro, como la enfermedad de Huntingdon.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Posgrado del Instituto de Ciencia y Tecnología de Okinawa OIST . Original escrito por Sophie Protheroe. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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