El primer modelo propuesto para simular el funcionamiento de las células conceptuales en el cerebro
Crédito: CC0 Public Domain
Científicos de la Universidad Lobachevsky junto con colegas extranjeros por primera vez corroboraron teóricamente la existencia de células conceptuales. Estas son neuronas individuales, y cada una de ellas es responsable de su propio concepto abstracto, como la nota musical A#. Los investigadores han demostrado cómo funcionan estas células utilizando el ejemplo de la Novena Sinfonía de Beethoven.
La prueba de la existencia de tales células refuta el consenso generalizado de que la aparición de conceptos abstractos en el cerebro humano ocurre únicamente a través de la activación de grandes complejos neuronales. Este nuevo hallazgo también puede desempeñar un papel muy importante en el desarrollo de redes neuronales artificiales.
Valery Makarov, director del proyecto de subvención de RSF, investigador sénior del Departamento de Investigación Fundamental y Aplicada del Centro de Tecnologías Traslacionales , explica que el cerebro de cualquier ser vivo es muy complejo. «Las neuronas, las células del sistema nervioso que son responsables de recibir, procesar, almacenar y transmitir señales, desempeñan un papel clave en el cerebro. Actualmente, prevalece una opinión común en la ciencia de que la aparición de conceptos abstractos en el cerebro humano requiere complejos, interacción perfectamente orquestada de miríadas de neuronas. Sin embargo, existe una hipótesis que sugiere que las neuronas individuales, las llamadas células conceptuales, pueden ser responsables de tareas complejas realizadas por humanos. Se trata de neuronas individuales que forman conceptos abstractos basados en estímulos específicos para que responden, por ejemplo, al nombre de un ser humano. Así, antes se descubrió la ‘neurona de Jennifer Aniston’, que se disparaba cada vez que aparecía en pantalla el retrato de la actriz. Tales neuronas que responden a la presentación de alguna imagen son llamadas ‘células abuelas'», comenta Valery Makarov.
El esquema de la red neuronal. Crédito: Valery Makarov
Los investigadores sugirieron que las células conceptuales también pueden desempeñar un papel importante en la memoria episódica. Su existencia cuestiona la hipótesis común de que los procesos cognitivos complejos requieren una interacción perfectamente organizada de múltiples neuronas. Científicos de la Universidad Lobachevsky junto con sus colegas extranjeros produjeron por primera vez un modelo que imitaba el trabajo de las neuronas en el hipocampo. Esta es la parte del cerebro que es responsable, en particular, de la memoria y la orientación en el espacio.
«Usando cálculos matemáticos, hemos identificado tres principios fundamentales que proporcionan altas capacidades cognitivas a las células individuales. Primero, es una jerarquía estricta de capas neuronales. Investigamos los vínculos entre las capas selectiva y conceptual de las neuronas. La primera aísla las señales, mientras que la segunda las procesa y las vincula con conceptos abstractos. En segundo lugar, hemos prestado atención a los vínculos. de una neurona en el nivel de concepto con muchas neuronas receptoras. En tercer lugar, hemos encontrado que la plasticidad sináptica, es decir, el cambio de la fuerza de transferencia de información entre neuronas, juega un papel importante. Estos principios teóricos permiten que las células de la capa de concepto aprendan y aumenten significativamente sus habilidades cognitivas, como resultado de lo cual se convierten en células conceptuales», explica Valery Makarov.
Los autores del estudio utilizaron notas musicales para ilustrar el posibilidad de tal tipo de aprendizaje. Formaron una red neuronal compuesta por 3200 células a nivel selectivo y 1600 células a nivel de concepto. Las células se expusieron a ocho ondas sonoras diferentes, cada una de las cuales tenía ocho cambios de fase, es decir, oscilaciones. Las neuronas percibían estas oscilaciones como señales separadas, por lo que había alrededor de 50 neuronas de nivel de recepción por señal. Inicialmente, podían percibir una amplia gama de señales aleatorias, pero después del entrenamiento, su campo de acción se volvió más estrecho y especializado. Un experimento con la Novena Sinfonía de Beethoven ha demostrado que las neuronas receptoras capturaron ondas sonoras individuales y, en el nivel conceptual, las células procesaron la información recibida y determinaron qué nota se tocó, actuando como células conceptuales.
«Neutral artificial moderna Las redes imitan la estructura de los sistemas biológicos. Como resultado, ya son superiores a los humanos en el reconocimiento de patrones, pero aún están rezagados en las habilidades cognitivas. Por lo tanto, para dar nuevos pasos en este campo, necesitamos conocimientos biofísicos novedosos sobre cómo el cerebro entiende información El descubrimiento de las células conceptuales, cuya existencia ahora puede justificarse por tres principios fundamentales, es de gran importancia para la neurobiología y la teoría de redes neuronales», comenta Valery Makarov.
Explorar más
Descubrimiento del cambio de destino celular de neuronas a astrocitos en el cerebro en desarrollo Más información: Carlos Calvo Tapia et al, Los principios universales justifican la existencia de células conceptuales, Informes científicos (2020). DOI: 10.1038/s41598-020-64466-7 Información de la revista: Scientific Reports
Proporcionado por la Universidad Lobachevsky Cita: El primer modelo propuesto para simular el funcionamiento del concepto células en el cerebro (2020, 18 de junio) recuperado el 31 de agosto de 2022 de https://medicalxpress.com/news/2020-06-simulate-functioning-concept-cells-brain.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.