Neurocientíficos de Vanderbilt identifican neuronas que ayudan a los humanos a adaptarse al cambio.
Hay 86 mil millones de neuronas en el cerebro humano. De estas, una porción infinitamente pequeña maneja la flexibilidad cognitiva: nuestra capacidad de ajustarnos a nuevos entornos y conceptos.
Un equipo de investigadores con experiencia interdisciplinaria en psicología, informática e ingeniería junto con el Vanderbilt Brain Institute (VBI) obtuvieron conocimientos críticos sobre uno de los mayores misterios en neurociencia, identificando la ubicación y naturaleza crítica de estas neuronas.
El artículo fue publicado en la revista Proceedings of the National Academy of Science (PNAS) el 13 de julio. El descubrimiento presenta una oportunidad para mejorar la comprensión y el tratamiento de los investigadores de las enfermedades mentales enraizadas en la flexibilidad cognitiva.
Los circuitos cerebrales creados por estas neuronas han llevado a una ventaja evolutiva en la capacidad de los humanos para adaptarse a entornos cambiantes. Cuando estas neuronas se debilitan, las personas pueden tener problemas para adaptarse a los cambios en su entorno, incluida la dificultad para superar las tradiciones, los prejuicios y los miedos. Por lo general, las personas oscilan entre repetir comportamientos gratificantes y explorar recompensas más nuevas y potencialmente mejores. La relación costo-beneficio de repetir a explorar es una ecuación que el cerebro trabaja constantemente para resolver, particularmente cuando hay cambios en el entorno de una persona. La falta de flexibilidad cognitiva resulta en condiciones mentales debilitantes.
Las consecuencias de esta investigación podrían ser múltiples. "Estas células podrían ser parte del interruptor que determina su mejor estrategia de atención", dijo Thilo Womelsdorf, profesor asociado de psicología y ciencias de la computación, y el investigador principal del artículo. "El debilitamiento de estas células cerebrales podría dificultar el cambio de estrategias de atención, lo que en última instancia puede dar lugar a comportamientos obsesivo compulsivos o una lucha para adaptarse a nuevas situaciones. En el extremo opuesto, si dicho interruptor está "flojo", la atención podría volverse "floja" y las personas experimentarán un mundo continuamente incierto y no podrán concentrarse en información importante por ningún período de tiempo ".
Los investigadores plantearon la hipótesis de que dentro del área del cerebro que ayuda a las personas a aprender habilidades motoras finas como tocar un instrumento, existe una subregión que podría permitir los mismos procesos flexibles para los pensamientos.
El grupo de células cerebrales, ubicado debajo del manto cortical externo en los ganglios basales, se identificó midiendo la actividad de las células cerebrales durante las tareas del mundo real simuladas por computadora. Para imitar muchas situaciones del mundo real, los investigadores, incluidos los científicos del Centro de Investigación de la Visión de la Universidad de York, desarrollaron una simulación para presentar más de un objeto a la vez y cambiaron lo que fue recompensado. Esto creó un aprendizaje flexible sobre qué objetos están vinculados a una recompensa a través de ensayo y error. Al medir la actividad de las células cerebrales, el equipo observó un patrón interesante: la actividad de las células cerebrales aumentó en medio del cambio y disminuyó cuando creció la confianza en el resultado. "Estas neuronas parecen ayudar a los circuitos cerebrales a reconfigurarse y hacer la transición de información anteriormente relevante, y una conexión débil para atender información nueva y relevante", dijo Kianoush Banaie Boroujeni, primer autor del estudio y candidato a Ph.D. en el laboratorio de Womelsdorf.
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| El candidato a Doctor, Kianoush Banaie Boroujeni, en su laboratorio de neurociencia en la Universidad de Vanderbilt, explicando el resultado principal del estudio que realizó en el laboratorio de Thilo Womelsdorf en la Universidad de Vanderbilt (Thilo Womelsdorf) |
"Hay una revolución tecnológica en la neurociencia", dijo Lisa Monteggia, directora de la familia Barlow del Vanderbilt Brain Institute y profesora de farmacología. “La capacidad de usar la tecnología para controlar una sola célula con herramientas moleculares y genéticas solo puede funcionar cuando los científicos saben dónde buscar. El Dr. Womelsdorf y sus colaboradores nos han dado la capacidad de hacer ese trabajo y avanzar significativamente en el campo de la neurociencia ”.
Esta investigación fue apoyada por subvenciones del National Institute of Biomedical Imaging and Bioengineering of the National Institutes of Health (R01EB028161) y por los Canadian Institutes of Health Research (MOP 102482).
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