Equipo de investigación descubre papel ampliado para el centro de procesamiento sensorial del cerebro
Garrett Stanley y Christian Waiblinger. Crédito: Georgia Tech/Jerry Grillo
Cuando empiezas a aprender a hacer algo nuevo, como balancear una raqueta de tenis o tocar un instrumento musical, las tareas más simples pueden parecer difíciles. Cambiar de un acorde a otro en una guitarra puede requerir mucho pensamiento y concentración al principio.
Tu cerebro está procesando nuevas sensaciones del mundo exterior, cómo se siente, suena y se ve el instrumento, y toma decisiones, en función de esas señales sensoriales, sobre lo que tus músculos deben hacer a continuación. Pero la práctica hace al maestro, ¿verdad? A medida que adquiere experiencia, escucha las sutilezas de la música y siente las cuerdas con menos esfuerzo; tus dedos comienzan a moverse alrededor del diapasón con facilidad y aparentemente sin pensarlo conscientemente.
«Mejoramos en algo, tenemos más experiencia, y se convierte más en un reflejo que en algo en lo que pensamos», dijo el neuroingeniero Garrett. Stanley, que toca música, pero está más interesado en los procesos neuronales que subyacen a este comportamiento adaptativo, ya sea tocar la guitarra sin esfuerzo, vestirse, evitar el peligro o cualquier comportamiento útil aprendido de la experiencia.
«El comportamiento adaptativo en un entorno sensorial en constante cambio no solo es útil cuando estás aprendiendo un nuevo pasatiempo», agregó Stanley, profesor y Presidente Distinguido de la Fundación McCamish en el Departamento de Ingeniería Biomédica Wallace H. Coulter en Georgia Tech y la Universidad de Emory. «Es crucial para la supervivencia».
Con eso en mente, el laboratorio de Stanley estudió de cerca la señalización neuronal que se correlaciona con el comportamiento adaptativo en ratones, y lo que encontraron podría ser el primer paso hacia nuevas estrategias para mejorar y acelerar arriba aprendiendo. La investigación, publicada el 27 de enero en Nature Communications, sugiere que un área del cerebro que tradicionalmente se pensaba que era un centro básico de señalización sensorial, la corteza somatosensorial primaria, juega un papel más profundo en la toma de decisiones y es parte de un marco adaptativo en el cerebro que facilita la flexibilidad. comportamiento a medida que los individuos adquieren experiencia.
Christian Waiblinger, investigador postdoctoral y autor principal del estudio, describió la corteza somatosensorial primaria, o S1, como una región «anterior» del cerebro, donde llega el estímulo táctil del mundo exterior. «Se piensa específicamente que S1 preprocesa los estímulos de una manera básica», dijo Waiblinger. «Tradicionalmente, no se ha asociado con procesos neuronales más complejos relacionados con estrategias de adaptación a largo plazo».
Pero los científicos han especulado durante mucho tiempo que esta región anterior podría desempeñar un papel clave en funciones de nivel superior, y que es parte de un marco más amplio que abarca diferentes estructuras cerebrales. Es una idea que permaneció mayormente conceptual y teórica, con poca evidencia experimental para respaldarla. El laboratorio de Stanley ahora tiene algunas pruebas.
Para medir la actividad cerebral en ratones altamente entrenados que están aprendiendo tareas en respuesta a estímulos cambiantes, el equipo usó imágenes de voltaje codificadas genéticamente in vivo. Eso permite a los investigadores registrar señales cerebrales de manera no invasiva, rastreando proteínas fluorescentes sensibles al voltaje en el cerebro.
Los investigadores diseñaron una serie de experimentos psicofísicos para evaluar a los ratones, observando cómo los animales operaban en un entorno cambiante respondiendo a los estímulos de los bigotes, siendo recompensados, adaptándose a los estímulos cambiantes. Y midieron las señales neuronales subyacentes asociadas de los animales.
«Lo que encontramos es que el área del cerebro [S1] en realidad cambia su actividad con el tiempo», dijo Waiblinger. «Seguimos grabando, entrenando y grabando, y durante semanas y meses, vimos un efecto dependiente de la experiencia en los ratones. Cuanto más experimentaba el animal con el paisaje sensorial cambiante, más cambiaba y se adaptaba esta área del cerebro». /p>
S1 no solo preprocesaba el estímulo táctil y producía las señales neuronales primarias asociadas con esa tarea básica, sino que también transmitía señales más complejas necesarias para el comportamiento adaptativo en un entorno dinámicamente cambiante.
» Esta área es la primera parte de la corteza que recibe estas señales, por lo que es como si todo se encaminara allí», dijo Stanley. «Es solo la punta del iceberg: más adentro de la corteza es donde se supone que suceden las cosas de nivel superior, las cosas cognitivas que requieren la toma de decisiones».
Al igual que la corteza somatosensorial primaria, este estudio también es solo la la punta del iceberg. Pero le ha dado al equipo una nueva hipótesis, dijo Waiblinger: «A medida que adquieres más experiencia en algo determinado, esas funciones de nivel superior pueden ocurrir un poco antes de que se desplacen hacia abajo en la jerarquía del cerebro».
Lo siguiente, dijo Stanley, es una mayor investigación de otras áreas del cerebro. Le gustaría comprender el flujo de información que se origina fuera de nuestro cuerpo y se mueve a través de la jerarquía de nuestro cerebro a medida que adquirimos experiencia.
«Si podemos aprovechar esto y manipularlo de alguna manera, podríamos ser capaces de mejorar el aprendizaje», dijo. «Si podemos entender este fenómeno, podríamos influir en la forma en que las personas aprenden y hacerlo más rápido y mejor».
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Las lesiones en la corteza visual primaria causan una disfunción a largo plazo de los circuitos neuronales Más información: Christian Waiblinger et al, Emerging experience-dependent dynamics in primary somatosensory cortex reflejan la adaptación del comportamiento, Comunicaciones de la naturaleza (2022). DOI: 10.1038/s41467-022-28193-z Información de la revista: Nature Communications
Proporcionado por el Instituto de Tecnología de Georgia Cita: El equipo de investigación descubre una función ampliada de la función sensorial del cerebro centro de procesamiento (2022, 10 de febrero) recuperado el 29 de agosto de 2022 de https://medicalxpress.com/news/2022-02-team-role-brain-sensory-center.html Este documento está sujeto a derechos de autor. Aparte de cualquier trato justo con fines de estudio o investigación privados, ninguna parte puede reproducirse sin el permiso por escrito. El contenido se proporciona únicamente con fines informativos.