Dominar una nueva habilidad, ya sea un deporte, un instrumento o una embarcación, requiere tiempo y entrenamiento. Si bien se entiende que un cerebro sano es capaz de aprender estas nuevas habilidades, cómo cambia el cerebro para desarrollar nuevasel comportamiento es un misterio relativo. Un conocimiento más preciso de este circuito neuronal subyacente puede eventualmente mejorar la calidad de vida de las personas que han sufrido una lesión cerebral al permitirles reaprender más fácilmente las tareas cotidianas.
Investigadores de la Universidad de Pittsburgh y la Universidad Carnegie Mellon publicaron recientemente un artículo en PNAS eso revela lo que sucede en el cerebro a medida que los alumnos progresan de principiantes a expertos. Descubrieron que surgen nuevos patrones de actividad neuronal con el aprendizaje a largo plazo y establecieron un vínculo causal entre estos patrones y las nuevas habilidades de comportamiento.
La investigación se realizó como parte del Centro para la Base Neural de la Cognición, un programa de investigación y educación interinstitucional que aprovecha las fortalezas de Pitt en neurociencia básica y clínica y bioingeniería, con las de CMU en neurociencia cognitiva y computacional.
El proyecto fue dirigido conjuntamente por Aaron Batista, profesor asociado de bioingeniería en Pitt; Byron Yu, profesor asociado de ingeniería eléctrica e informática e ingeniería biomédica en CMU; y Steven Chase, profesor asociado de ingeniería biomédica y el Instituto de Neurociencia en CMU.El trabajo fue dirigido por la asociada postdoctoral de bioingeniería de Pitt Emily Oby.
"Utilizamos una interfaz cerebro-computadora BCI, que crea una conexión directa entre la actividad neuronal de nuestro sujeto y el movimiento del cursor de una computadora", dijo Oby. "Registramos la actividad de alrededor de 90 unidades neuronales en la región del brazode la corteza motora primaria de los monos Rhesus mientras realizaban una tarea que les obligaba a mover el cursor para alinearse con los objetivos en el monitor ".
Para determinar si los monos formarían nuevos patrones neuronales a medida que aprendían, el grupo de investigación alentó a los animales a intentar una nueva habilidad BCI y luego comparó esas grabaciones con los patrones neuronales preexistentes.
"Primero le presentamos al mono lo que llamamos un 'mapeo intuitivo' desde su actividad neuronal hasta el cursor que funcionaba con cómo sus neuronas se disparan naturalmente y que no requieren ningún aprendizaje", dijo Oby. "Luego indujimos el aprendizajeal introducir una habilidad en la forma de un mapeo novedoso que requería que el sujeto aprendiera qué patrones neuronales necesitan producir para mover el cursor ".
Al igual que aprender la mayoría de las habilidades, la tarea BCI del grupo tomó varias sesiones de práctica y un poco de entrenamiento en el camino.
"Descubrimos que después de una semana, nuestro sujeto podía aprender a controlar el cursor", dijo Batista. "Esto es sorprendente porque, por construcción, sabíamos desde el principio que no tenían los patrones de actividad neural necesarios pararealizar esta habilidad. Efectivamente, cuando volvimos a mirar la actividad neuronal después de aprender, vimos que habían aparecido nuevos patrones de actividad neuronal, y estos nuevos patrones fueron los que permitieron al mono realizar la tarea ".
Estos hallazgos sugieren que el proceso para que los humanos dominen una nueva habilidad también podría involucrar la generación de nuevos patrones de actividad neuronal.
"Aunque estamos viendo esta tarea específica en animales, creemos que así es como el cerebro aprende muchas cosas nuevas", dijo Yu. "Considere aprender la destreza de los dedos requerida para tocar una pieza compleja en el piano.Antes de la práctica, es posible que su cerebro aún no sea capaz de generar los patrones de actividad adecuados para producir los movimientos deseados de los dedos ".
"Creemos que la práctica extendida construye una nueva conectividad sináptica que conduce directamente al desarrollo de nuevos patrones de actividad que permiten nuevas habilidades", dijo Chase. "Creemos que este trabajo se aplica a cualquiera que quiera aprender, ya seaaprendizaje individual paralizado para usar una interfaz cerebro-computadora o un sobreviviente de un accidente cerebrovascular que quiere recuperar la función motora normal. Si podemos mirar directamente al cerebro durante el aprendizaje motor, creemos que podemos diseñar estrategias de neurofeedback que faciliten el proceso que conduce a la formaciónde nuevos patrones de actividad neuronal "
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Materiales proporcionado por Universidad de Pittsburgh . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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