Investigadores predicen comportamientos de ratas a partir de la actividad cerebral

Crédito: CC0 Public Domain

Si el comportamiento es un lenguaje, el neurocientífico de la UO Luca Mazzucato está decodificando su gramática.

La actividad distinta y coordinada en grandes conjuntos de neuronas puede predecir el comportamiento futuro de una rata, según demostraron él y su equipo en un nuevo estudio. Crearon un diccionario que vincula los patrones de actividad cerebral con acciones simples. El hallazgo les ayuda a comprender cómo el cerebro decide el momento de las acciones futuras y conecta las acciones pequeñas en secuencias más grandes.

Él y su equipo publicaron sus resultados el 29 de octubre en la revista Neuron.

«En este artículo, descubrimos cuáles eran las leyes en el cerebro para crear secuencias de comportamiento simples», dijo Mazzucato.

Cada comportamiento complejo se compone de una serie de acciones más simples, al igual que un La oración se puede deconstruir en las sílabas de las palabras encadenadas. Si bien hay flexibilidad en la forma en que se pueden combinar esos pasos, también hay reglas que rigen qué combinaciones tienen sentido y cuáles no.

Tomemos como ejemplo caminar por una habitación. El ritmo de los pasos de uno puede variar, pero sería inusual ver dos pasos seguidos con el pie izquierdo. Predecir comportamientos complicados requiere comprender esta gramática, tanto la forma en que los comportamientos están restringidos como la forma en que no lo están.

Mazzucato quiere descubrir cómo es lo que hace que un animal decida tomar una determinada acción en un momento específico, y cómo se representa esa elección en el cerebro.

Él y su equipo, dirigido por los posdoctorados Stefano Recanatesi y Ulises Pereira, se asociaron con el neurocientífico Zachary Mainen en el Centro Champalimaud para lo Desconocido en Lisboa, Portugal. Organizaron un experimento en el que entrenaron a ratas para que metieran la nariz en un punto de la pared de la jaula y luego se movieran a otro lugar de la jaula para beber agua. Si las ratas buscaban la recompensa de inmediato, obtenían un pequeño sorbo; si podían esperar 10 o 20 segundos, conseguían más agua. La serie de acciones de las ratas era relativamente fija, pero cada animal podía elegir el momento.

Mientras las ratas corrían, los investigadores rastrearon la actividad de grandes grupos de neuronas en una parte del cerebro llamada corteza motora, que participa en la planificación de los movimientos.

Las intenciones futuras de las ratas estaban representadas por la actividad coordinada de grandes poblaciones de neuronas en la corteza motora, encontraron los investigadores. Cada acción creó una firma distinta en la corteza motora, con un grupo de neuronas comportándose de manera coordinada y consistente. Cuando una rata se estaba preparando para cambiar a una acción diferente, la firma neuronal cambió repentinamente.

«Por cada acción que el animal estaba realizando en la jaula, pudimos entender qué cálculos estaban haciendo las neuronas en ese cerebro», dijo Mazzucato. “Podíamos predecir lo que haría el animal unos cientos de milisegundos antes de que lo hiciera”.

Es decir, podían distinguir entre las ratas que iban a ir a por la recompensa de inmediato, frente a las que se resistían. para un trago más grande de agua, simplemente observando la actividad cerebral.

También podrían replicar la variabilidad de las elecciones de las ratas a través de un conjunto de ecuaciones matemáticas llamadas red neuronal recurrente, un ejemplo de cerebro artificial inspirado inteligencia. «Ahora que tenemos un modelo, podemos generalizarlo», dijo Mazzucato.

Aquí, el equipo se centró en una sola variable de comportamiento, el momento de las acciones. Pero en el futuro, esperan investigar preguntas similares sobre la elección y la toma de decisiones en escenarios que imitan más de cerca la complejidad de la vida real.

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Las neuronas en la corteza olfativa vinculan los olores a los lugares Más información: Stefano Recanatesi et al, Los atractores metaestables explican el tiempo variable de las secuencias de acción de comportamiento estable, Neuron (2021). DOI: 10.1016/j.neuron.2021.10.011 Información de la revista: Neuron

Proporcionado por la Universidad de Oregón Cita: Los investigadores predicen el comportamiento de las ratas a partir de la actividad cerebral (2022, 3 de enero) recuperado el 29 de agosto de 2022 de https://medicalxpress.com/news/2022-01-rat-behaviors-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.