Los neurocientíficos de Columbia han revelado que una región cerebral simple, conocida por procesar información sensorial básica, también puede guiar hazañas complejas de actividad mental. El nuevo estudio con ratones demostró que las células en la corteza somatosensorial, el área cerebral responsable del tacto, también jueganun papel clave en el aprendizaje de recompensa, el tipo sofisticado de aprendizaje que permite al cerebro asociar una acción con un resultado placentero. Es la base de cómo conectamos nuestro trabajo en la oficina con ese cheque de pago, o ese A + con el estudio que hicimosen preparación para la prueba.
La nueva investigación, publicada hoy en Informes de celda , proporciona evidencia de que el aprendizaje y la memoria no están relegados a unas pocas regiones seleccionadas, sino que pueden impregnar el cerebro.
"Nuestros cerebros son expertos en hacer conexiones, o asociaciones, entre piezas de información aparentemente dispares, pero el lugar donde se almacenan esas asociaciones ha permanecido como una pregunta sin resolver", dijo Randy Bruno, PhD, investigador principal de la Mente Mortimer B. Zuckerman de ColumbiaBrain Behavior Institute y el autor principal del artículo. "Con la investigación de hoy, no solo hemos sido testigos de la formación de estas asociaciones en tiempo real a nivel de células cerebrales individuales, sino que también hemos demostrado que este tipo de aprendizaje ocurre en una región del cerebrono se creía que tuviera la capacidad de hacerlo "
La mayoría de las células están formadas por un cuerpo celular, pero las neuronas tienen una forma más complicada; tienen ramas que sobresalen de su cuerpo. Estas ramas en forma de árbol, llamadas dendritas, pueden extenderse desde una sola célula por miles, uniéndose y enviando electricidadpulsos a las dendritas de las neuronas vecinas.
La organización y el diseño de las dendritas es particularmente intrigante en la corteza cerebral somatosensorial. Al igual que una torta de muchos niveles, contiene seis capas distintivas. Cada capa se ve un poco diferente.
"Las neuronas en la corteza somatosensorial se encuentran en las capas cinco o seis, pero sus dendritas se extienden hasta la capa superior", dijo el Dr. Bruno, quien también es profesor asociado de neurociencia en el Colegio de Médicos y Cirujanos Vagelos de Columbia"El resultado es una intrincada red de dendritas que llenan la capa superior de la corteza somatosensorial, como el dosel de un bosque denso".
Mientras monitoreaban la actividad en esas dendritas, los investigadores entrenaron a los ratones para realizar una tarea sensorial simple. Los ratones usaron sus bigotes para sentir un poste pequeño en una habitación oscura. Una vez que encontraron el poste, los animales movieron una palanca que liberaba agua comorecompensa.
"Debido a que esta tarea involucraba el sentido del tacto de los animales, esperábamos que se dispararan dendritas en la corteza somatosensorial cuando los bigotes tocaban el poste, lo cual hicieron", dijo el Dr. Bruno. "Pero durante la segunda parte de la tarea,cuando el animal recibió la recompensa de agua, esas mismas dendritas dispararon por segunda vez, algo que no esperábamos ".
Esa observación, que vinculaba las dendritas sensoriales directamente con el aprendizaje de recompensa, fue desconcertante. El aprendizaje de recompensa es el proceso por el cual el cerebro conecta una secuencia de acciones con una sensación de bienestar y, por lo tanto, es más probable que repita esas acciones.La investigación ha demostrado que el aprendizaje de recompensa es guiado por varias regiones del cerebro, pero se ha prestado poca atención a la corteza sensorial.
En cambio, la sabiduría convencional argumentó que la corteza sensorial simplemente transmite información básica sobre un estímulo externo, como bigotes que tocan un poste. Esa información se envía a una corteza de asociación, que recopila y organiza información para su posterior procesamiento en la corteza frontal, unode las regiones más sofisticadas del cerebro.
"Nuestros hallazgos sugieren que el cerebro comienza a aprender asociaciones complejas antes de lo que se pensaba anteriormente", dijo el Dr. Bruno.
De hecho, cuando los investigadores retiraron el poste, los animales que habían sido entrenados en la tarea tenían otra sorpresa en la tienda. Las dendritas somatosensoriales de los animales todavía se disparaban cuando se les daba agua. Por el contrario, el agua no tenía efecto sobre la actividad neuronal enanimales que nunca aprendieron la tarea, lo que demuestra que la asociación fue adquirida.
En cuanto a por qué el cerebro puede haber evolucionado para usar células cerebrales aparentemente simples para el aprendizaje, el Dr. Bruno propone que puede ser una forma de que el cerebro se adelante.
"Las asociaciones simples pueden aprenderse más rápido y mejor si las áreas sensoriales primarias asumen parte del trabajo desde el principio", dijo el Dr. Bruno. "Por ejemplo, aprender que los signos de STOP son rojos y tienen una forma distinta le permite comenzarfrenar mucho antes de que realmente lea las palabras STOP, una habilidad que tiene claras ventajas para la supervivencia ".
En adelante, una de las preguntas clave sin respuesta es si una liberación química en la corteza somatosensorial está detrás de la sensación de bienestar que impulsa el aprendizaje de recompensa.
"La dopamina química es el principal impulsor del aprendizaje de recompensa en otras áreas del cerebro, pero la dopamina está ausente en gran medida en la corteza somatosensorial", dijo el Dr. Bruno. "Debe haber otro neuromodulador comparable en juego, y esto es algo que somosexplorando activamente "
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Materiales proporcionado por El Instituto Zuckerman de la Universidad de Columbia . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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