MADRID, 20 Nov. (EUROPA PRESS) -
La flexibilidad cognitiva, la capacidad del cerebro para cambiar entre diferentes reglas o planes de acción según el contexto, es clave para muchas de nuestras actividades diarias. Por ejemplo, si conducimos en una carretera a 65 millas por hora; cuando salimos a una calle local, nos damos cuenta de que la situación ha cambiado y necesitamos disminuir la velocidad.
Cuando nos movemos entre diferentes contextos como este, nuestro cerebro tiene en mente múltiples conjuntos de reglas para que pueda cambiar al adecuado cuando sea necesario. Estas representaciones neuronales de las reglas de tareas se mantienen en la corteza prefrontal, la parte del cerebro responsable de la planificación de la acción.
Un nuevo estudio del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT, por sus siglas en inglés), en Cambridge, Massachusetts, Estados Unidos, ha encontrado que una región del tálamo es clave para el proceso de cambio entre las reglas requeridas para diferentes contextos. Esta región, llamada tálamo mediodorsal, suprime las representaciones que no se necesitan actualmente. Esa supresión también protege las representaciones como un recuerdo a corto plazo que puede reactivarse cuando sea necesario.
"Parece una forma de alternar entre contextos relevantes e irrelevantes y una ventaja es que protege las representaciones irrelevantes actuales de ser sobre-escritas", dice Michael Halassa, profesor asistente de Ciencias Cognitivas y Cerebrales y miembro del Instituto McGovern del MIT para Investigación del Cerebro.
Halassa es la autora principal del artículo, que se publica en la edición de este lunes de noviembre de 'Nature Neuroscience'. El primer autor del artículo es el exestudiante graduado del MIT Rajeev Rikhye, quien ahora es un postdoctorado en el laboratorio de Halassa. La profesora Aditya Gilra, postdoctorado en la Universidad de Bonn, también es autora.
CAMBIAR LAS REGLAS
Estudios anteriores han encontrado que la corteza prefrontal es esencial para la flexibilidad cognitiva, y que una parte del tálamo llamada tálamo mediodorsal también contribuye a esta capacidad. En un estudio de 2017 publicado en 'Nature', Halassa y sus colegas demostraron que el tálamo mediodorsal ayuda a la corteza prefrontal a mantener un pensamiento en mente al fortalecer temporalmente las conexiones neuronales en la corteza prefrontal que codifican ese pensamiento en particular.
En el nuevo estudio, Halassa quería investigar más a fondo la relación entre el tálamo mediodorsal y la corteza prefrontal. Para hacerlo, creó una tarea en la que los ratones aprenden a alternar entre dos contextos diferentes: uno en el que deben seguir instrucciones visuales y otro en el que han de seguir instrucciones auditivas.
En cada prueba, se da a los roedores un objetivo visual (destello de luz hacia la derecha o la izquierda) y un objetivo auditivo (un tono que hace un barrido de tono alto a bajo, o viceversa). Estos objetivos ofrecen instrucciones contradictorias. Uno dice al ratón que vaya a la derecha para obtener una recompensa; el otro le indica que se vaya a la izquierda. Antes de que comience cada prueba, se les da a los ratones una pista que les dice si deben seguir el objetivo visual o auditivo.
"La única forma en que el animal puede resolver la tarea es tener en cuenta la señal durante todo el retraso, hasta que se den los objetivos", apunta Halassa. Los científicos descubrieron que es necesaria la entrada talámica para que los roedores cambien con éxito de un contexto a otro. Cuando suprimieron el tálamo mediodorsal durante el periodo de referencia de una serie de ensayos en los que el contexto no cambió, no hubo efecto en el rendimiento. Sin embargo, si suprimieron el tálamo mediodorsal durante el cambio a un contexto diferente, los ratones tardaron mucho más en cambiar.
Al registrar desde las neuronas de la corteza prefrontal, los investigadores encontraron que cuando se suprimía el tálamo mediodorsal, la representación del contexto antiguo en la corteza prefrontal no podía desactivarse, lo que hacía mucho más difícil cambiar al nuevo contexto.
Además de ayudar al cerebro a cambiar de contexto, este proceso también parece ayudar a mantener la representación neuronal del contexto que no se está utilizando actualmente, para que no se sobrescriba, dice Halassa. Esto permite que se active de nuevo cuando sea necesario. Los ratones pudieron mantener estas representaciones durante cientos de ensayos, pero al día siguiente, tuvieron que volver a aprender las reglas asociadas con cada contexto.
INTELIGENCIA ARTIFICIAL MULTITAREA
Los hallazgos podrían ayudar a guiar el desarrollo de mejores algoritmos de inteligencia artificial, dice Halassa. El cerebro humano es muy bueno para aprender muchos tipos diferentes de tareas: cantar, caminar, hablar, etcétera. Sin embargo, las redes neuronales (un tipo de inteligencia artificial basada en nodos interconectados similares a las neuronas) generalmente son buenas para aprender solo una cosa.
Estas redes están sujetas a un fenómeno llamado "olvido catastrófico": cuando intentan aprender una nueva tarea, las tareas anteriores se sobrescriben. Halassa y sus colegas ahora esperan aplicar sus hallazgos para mejorar la capacidad de las redes neuronales de almacenar tareas previamente aprendidas mientras aprenden a realizar otras nuevas.
