El primer mapa completo de la actividad de toma de decisiones en el cerebro animal ha sido presentado por una gran colaboración internacional de neurocientíficos en la que participan investigadores de la UCL.
El primer mapa completo de la actividad de toma de decisiones en el cerebro animal ha sido presentado por una gran colaboración internacional de neurocientíficos en la que participan investigadores de la UCL.
Los investigadores del Laboratorio Internacional del Cerebro (IBL) publicaron hoy sus hallazgos en dos artículos en Nature, revelando conocimientos sobre cómo se desarrolla la toma de decisiones en todo el cerebro de ratones con una resolución de células individuales.
Este mapa de actividad de todo el cerebro desafía la visión jerárquica tradicional del procesamiento de la información en el cerebro y muestra que la toma de decisiones se distribuye en muchas regiones de una manera altamente coordinada.
El profesor Alexandre Pouget, cofundador del IBL y jefe de grupo en la Universidad de Ginebra, añadió: «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 registramos 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, iluminaron el cerebro como un árbol de Navidad».
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.
El profesor Tom Mrsic-Flogel, director del Centro Sainsbury Wellcome de la UCL, coautor de ambos artículos y uno de los miembros principales del IBL, afirmó: «Habíamos visto el éxito de las colaboraciones a gran escala en física al abordar preguntas que ningún laboratorio podía resolver por sí solo, y queríamos probar ese mismo enfoque en neurociencia. El cerebro es la estructura más compleja que conocemos en el universo, y comprender cómo impulsa el comportamiento requiere una colaboración internacional a una escala acorde con esa complejidad».
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», mostró que las expectativas previas, nuestras 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. 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.
El profesor Kenneth Harris (Instituto de Neurología Queen Square de la UCL), uno de los miembros principales del IBL y coautor de ambos artículos, afirmó: «Tradicionalmente, la neurociencia ha estudiado las regiones cerebrales de forma aislada. Registrar el cerebro completo nos brinda la oportunidad de comprender cómo encajan todas las piezas. Este era un proyecto demasiado grande para un solo laboratorio, y una colaboración a esta escala solo fue posible gracias a la dedicación y el talento de nuestros científicos, que son los mejores en la materia».
El profesor Matteo Carandini (Instituto de Oftalmología de la UCL), también uno de los miembros principales del IBL y coautor de ambos artículos, afirmó: «Es sumamente gratificante ver que el IBL ha presentado el primer mapa de actividad neuronal a nivel cerebral con tan alta resolución espacial y temporal. El mapa describe la actividad de más de 650.000 neuronas individuales con una resolución de un solo pico. Esta actividad subyace a la actividad sensorial y motora del cerebro que constituye una decisión. El mapa es un recurso fantástico que ya está siendo explorado por numerosos científicos y que está generando descubrimientos inesperados. Es un gran éxito para la ciencia en equipo y la ciencia abierta».
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.
University College London News. Traducido al español
