MADRID, 3 Sep. (EUROPA PRESS) -
El primer mapa completo de la actividad cerebral ha sido revelado gracias a una gran colaboración internacional de neurocientíficos, dirigidos por investigadores del Laboratorio Internacional del Cerebro (IBL, por sus siglas en inglés).
CÓMO SE DISTRIBUYE LA TOMA DE DECISIONES EN TODO EL CEREBRO
Sus hallazgos se publican en dos artículos en 'Nature', revelando información sobre cómo se desarrolla la toma de decisiones en todo el cerebro de ratones con una resolución de células individuales.
Este mapa de la actividad cerebral desafía la visión jerárquica tradicional del procesamiento de la información en el cerebro y demuestra que la toma de decisiones se distribuye entre muchas regiones de forma altamente coordinada.
Esta es la primera vez que se ha producido un mapa completo, a nivel cerebral, de la actividad de neuronas individuales durante la toma de decisiones. La escala no tiene precedentes, ya que se ha logrado registrar más de medio millón de neuronas en ratones de 12 laboratorios, abarcando 279 áreas cerebrales que, en conjunto, representan el 95% del volumen cerebral del ratón.
"La actividad de toma de decisiones, y en particular la recompensa, iluminó el cerebro como un árbol de Navidad", ejemplifica el profesor Alexandre Pouget, cofundador del IBL y jefe de grupo en la Universidad de Ginebra (Suiza).
El mapa cerebral fue posible gracias a una importante colaboración internacional entre neurocientíficos de diversas universidades de Europa y Estados Unidos. Lanzado oficialmente en 2017, el IBL introdujo un nuevo modelo de colaboración en neurociencia que utiliza un conjunto estandarizado de herramientas y canales de procesamiento de datos compartidos entre múltiples laboratorios, lo que garantiza la reproducibilidad de los datos.
Este enfoque visionario, con el apoyo de Wellcome y la Fundación Simons, se inspira en colaboraciones a gran escala en física y biología, como el CERN y el Proyecto Genoma Humano.
TECNOLOGÍA NEUROPIXELS: REGISTRANDO MEDIO MILLÓN DE NEURONAS SIMULTÁNEAMENTE
De esta forma, investigadores de 12 laboratorios utilizaron electrodos de última generación para registros neuronales simultáneos, llamados sondas Neuropixels, para medir la actividad cerebral mientras ratones realizaban una tarea de toma de decisiones. En la tarea, un ratón se sienta frente a una pantalla y se enciende una luz a la izquierda o a la derecha. El ratón responde moviendo una pequeña rueda en la dirección adecuada para recibir una recompensa.
Sin embargo, en algunas pruebas, la luz es tan tenue que el animal debe adivinar hacia dónde girar la rueda. El ratón utiliza la frecuencia con la que la luz ha aparecido previamente a la izquierda o a la derecha para ayudarle a adivinar. Por lo tanto, estas pruebas desafiantes permitieron a los investigadores estudiar cómo las expectativas previas influyen en la percepción y la toma de decisiones.
El primer artículo, 'Un mapa cerebral de la actividad neuronal durante el comportamiento complejo', mostró que las señales de la toma de decisiones se distribuyen sorprendentemente por todo el cerebro, no se localizan en regiones específicas. Esto se suma a un creciente número de estudios que desafían el modelo jerárquico tradicional de la función cerebral y enfatizan que existe una comunicación constante entre las áreas cerebrales durante la toma de decisiones, el inicio del movimiento e incluso la recompensa. Esta actividad cerebral implica que los neurocientíficos deberán adoptar un enfoque más holístico y abarcador del cerebro al estudiar comportamientos complejos en el futuro.
El segundo artículo, 'Representaciones de información previa en todo el cerebro', señala que las expectativas previas, las creencias sobre lo que es probable que suceda con base en nuestra experiencia reciente, están codificadas en todo el cerebro. Sorprendentemente, estas expectativas no solo se encuentran en áreas cognitivas, sino también en áreas cerebrales que procesan información sensorial y controlan acciones.
UN ENFOQUE HOLÍSTICO PARA COMPRENDER LA COGNICIÓN COMPLEJA
Por ejemplo, las expectativas incluso se codifican en áreas sensoriales tempranas como el tálamo, el primer relevo del cerebro para la información visual proveniente del ojo. Esto respalda la idea de que el cerebro actúa como una máquina de predicción, pero con expectativas codificadas a través de múltiples estructuras cerebrales que juegan un papel central en la guía de respuestas conductuales.
Estos hallazgos podrían tener implicaciones para la comprensión de afecciones como la esquizofrenia y el autismo, que se cree que son causadas por diferencias en la forma en que las expectativas se actualizan en el cerebro.
Los esfuerzos de esta colaboración generaron conocimientos fundamentales sobre los circuitos cerebrales que sustentan la cognición compleja; esto es un gran avance respecto al enfoque fragmentado (una o dos áreas cerebrales a la vez), que anteriormente era el método aceptado en este campo.
De cara al futuro, el equipo del IBL planea ampliar su enfoque inicial en la toma de decisiones para explorar una gama más amplia de cuestiones neurocientíficas. Con la financiación renovada, el IBL busca ampliar su alcance de investigación y seguir apoyando experimentos estandarizados a gran escala. Siguiendo el modelo del IBL, seguirá compartiendo sus herramientas, canales de datos y plataformas con la comunidad científica global para democratizar y acelerar la ciencia y mejorar la reproducibilidad de los datos.
"REPRESENTAN UN COMIENZO MÁS QUE EL FINAL"
Para el profesor de investigación del CSIC en el Instituto de Neurociencias de Alicante (CSIC-UMH) y miembro de la Real Academia de Ciencias de España, Juan Lerma, "estos dos trabajos son de una calidad indudable. Se ha extremado el rigor para asegurar datos repetibles y enteramente fiables".
"Estos estudios representan un esfuerzo enorme, ya que se han analizado más de medio millón de neuronas repartidas por 279 áreas cerebrales, -prácticamente todo el cerebro de ratón-, durante una tarea común que implica el procesamiento de información sensorial y la toma de decisiones. De esa ingente cantidad de neuronas registradas se han curado y se han seleccionado para el análisis unas 75.000 por presentar gran calidad y estabilidad durante toda la prueba", señala a SMC España.
En su opinión, "las conclusiones que se han sacado en la primera ronda de análisis representan un comienzo más que el final. Los datos están disponibles para los investigadores en abierto, de forma que cualquiera que lo desee puede realizar análisis ulteriores".
Las únicas limitaciones de este estudio están impuestas por su complejidad. "Hemos de tener en cuenta que a la hora de analizar una conducta compleja son muchos los aspectos a tener en cuenta que podrían distorsionar el análisis correlacional con la actividad neuronal tan extensa".
Así, como ejemplo señala que "cuando se analiza la actividad neuronal en las diversas estructuras cerebrales relacionada con la recompensa, (consistente en dejar beber al ratón), es difícil separar el aspecto motor de la obtención de recompensa (lamer) de su aspecto hedónico (el placer de beber)".
"Ambos están codificados en la actividad neuronal. Pero como digo, lo fundamental es que ahora se dispone de una ingente cantidad de información, perfectamente identificada en forma de mapa de actividad cerebral de alta resolución, con la que realizar más -y probablemente más complicados- análisis", añade.
