Para el cerebro, el contexto es clave para la nueva teoría del movimiento y la memoria
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¿Cómo es que un chef puede controlar su cuchillo para filetear un pescado o pelar una uva y puede empuñar un cuchillo de carnicero? tan eficientemente como un cuchillo para pelar? Incluso aquellos de nosotros menos hábiles en la cocina aprendemos a manejar hábilmente una cantidad asombrosa de objetos diferentes a lo largo de nuestras vidas, desde cordones de zapatos hasta raquetas de tenis.
Esta capacidad de adquirir continuamente nuevas habilidades, sin olvidar ni degradar las antiguas, es algo natural para los humanos, pero es un gran desafío incluso para los sistemas de inteligencia artificial más avanzados de la actualidad.
Ahora, científicos de la Universidad de Cambridge y la Universidad de Columbia han desarrollado y verificado experimentalmente una nueva teoría matemática que explica cómo el cerebro humano logra esta hazaña. Llamado modelo de INferencia COntextual (COIN), sugiere que identificar el contexto actual es clave para aprender a mover nuestros cuerpos.
El modelo describe un mecanismo en el cerebro que está constantemente tratando de descubrir el contexto actual. contexto. La teoría sugiere que estas creencias en constante cambio sobre el contexto determinan cómo usar los recuerdos existentes y si se forman otros nuevos. Los resultados se informan en la revista Nature.
«Imagínese jugar al tenis con una raqueta diferente a la habitual o cambiar del tenis al squash», dijo el coautor principal, el Dr. Daniel Wolpert, de la Universidad de Columbia. «Nuestra teoría explora cómo su cerebro se adapta a estas situaciones y si debe tratarlas como contextos distintos».
Según el modelo COIN, el cerebro mantiene un repertorio de recuerdos motores, cada uno asociado con el contexto en el que fue creado, como jugar squash versus tenis. Incluso para un solo golpe de la raqueta, el cerebro puede recurrir a muchos recuerdos, cada uno en proporción a cuánto cree el cerebro que está actualmente en el contexto en el que se creó ese recuerdo.
Esto va en contra de la visión tradicional de que solo se usa una memoria a la vez. Para mejorar el rendimiento en el próximo swing, el cerebro también actualiza todos los recuerdos, una vez más, dependiendo de su creencia sobre el contexto actual. Cuando se juzga que el contexto del movimiento es nuevo (por ejemplo, la primera vez que jugamos squash después de años de tenis), el cerebro crea automáticamente un nuevo recuerdo para ese contexto. Esto garantiza que no sobrescribamos los recuerdos previamente establecidos, como el recuerdo de jugar tenis.
Esta investigación puede conducir a mejores estrategias de fisioterapia para ayudar a las personas con lesiones a usar sus cuerpos nuevamente. A menudo, las mejoras observadas en el entorno de la oficina de un fisioterapeuta no se traducen en mejoras en el mundo real.
«Con una mejor comprensión de cómo el contexto afecta el aprendizaje motor, puede pensar en cómo empujar el cerebro para generalizar lo que aprende a contextos fuera de la sesión de fisioterapia», dijo el primer autor, el Dr. James Heald. «Una mejor comprensión de los mecanismos básicos que subyacen a la dependencia del contexto de la memoria y el aprendizaje podría tener consecuencias terapéuticas en esta área».
«Lo que encuentro emocionante es que los principios del modelo COIN también pueden generalizarse a muchas otras formas de aprendizaje y memoria, no solo los recuerdos que subyacen a nuestro movimiento», dijo el coautor principal, el profesor Mt Lengyel, del Departamento de Ingeniería de Cambridge. «Por ejemplo, la recurrencia espontánea de recuerdos aparentemente olvidados, a menudo provocada por un cambio en nuestro entorno, se ha observado tanto en el aprendizaje motor como en el trastorno de estrés postraumático».
COINing a New Model
Practica con una raqueta de tenis, y el cerebro forma memorias motrices de cómo moviste tu brazo y el resto de tu cuerpo que mejoran tu saque con el tiempo. Pero aprender no es tan simple como crear mejores recuerdos para hacer que los movimientos sean más precisos, dijeron los investigadores. De lo contrario, los servicios de un jugador de tenis podrían mejorar hasta el punto en que nunca golpeen una pelota fuera de los límites. El mundo real y nuestros sistemas nerviosos son complejos, y el cerebro tiene que lidiar con mucha variabilidad.
¿Cómo distingue el cerebro este ruido, estas fluctuaciones aleatorias, de situaciones nuevas? ¿Y cómo entiende que una raqueta de tenis un poco más ligera todavía se puede operar usando memorias de raquetas de tenis anteriores? ¿Pero que una paleta de tenis de mesa es un tipo de objeto completamente diferente que requiere comenzar desde cero?
La respuesta, según el modelo COIN, puede ser la inferencia bayesiana, una técnica matemática utilizada para lidiar con la incertidumbre. Este método sopesa estadísticamente la nueva evidencia a la luz de la experiencia previa para actualizar las creencias de uno en un mundo cambiante. En el modelo COIN, un contexto es una suposición simplificada de que, en un conjunto dado de circunstancias, es más probable que ciertas acciones produzcan algunas consecuencias que otras. La aceptación de la nueva teoría del papel que juega la incertidumbre en el aprendizaje motor es similar a la forma en que la física cuántica ve el universo en términos de probabilidades en lugar de certezas, señalaron los científicos.
Conociendo la teoría
Los investigadores pusieron a prueba el modelo COIN con datos de experimentos anteriores, así como con nuevos experimentos, en los que los voluntarios interactuaron con un mango robótico. Los participantes aprendieron a manipular la manija para alcanzar un objetivo mientras la manija empujaba hacia atrás de diferentes maneras.
Los voluntarios que pasaron tiempo aprendiendo a operar la manija mientras empujaba hacia la izquierda, por ejemplo, tuvieron más problemas para operar la mango cuando cambió el comportamiento y empujó hacia la derecha, en comparación con los voluntarios que comenzaron con un mango empujando hacia la derecha. El modelo COIN explicó este efecto, llamado interferencia anterógrada.
«Cuanto más tiempo aprenda una tarea, es menos probable que se mueva a un nuevo contexto con la segunda tarea», dijo Wolpert. «Todavía estás formando una memoria motora de la segunda tarea, pero aún no la estás usando porque tu cerebro todavía está atascado en el primer contexto».
El modelo también predijo que una habilidad aprendida puede resurgir incluso después de que el entrenamiento posterior parece haberlo borrado. Llamada recuperación espontánea, este resurgimiento se ve en muchas otras formas de aprendizaje además del aprendizaje motor. Por ejemplo, la recuperación espontánea se ha relacionado con desafíos en el tratamiento del trastorno de estrés postraumático, donde los contextos pueden desencadenar recuerdos traumáticos que se repiten espontáneamente.
Los científicos suelen explicar la recuperación espontánea invocando dos mecanismos de aprendizaje diferentes. En uno, los recuerdos aprendidos rápidamente se olvidan rápidamente, y en el otro, los recuerdos aprendidos lentamente se olvidan lentamente y, por lo tanto, pueden reaparecer. En contraste, el modelo COIN sugiere que solo hay un mecanismo para el aprendizaje en lugar de dos separados, y que los recuerdos que aparentemente se desvanecieron pueden estar listos para reaparecer con el desencadenante correcto: la creencia de que el contexto ha resurgido. Los investigadores confirmaron esto en su laboratorio con nuevos experimentos.
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¿Puede el sueño protegernos de olvidar viejos recuerdos? Más información: James Heald, La inferencia contextual subyace al aprendizaje de los repertorios sensoriomotores (N&V), Nature (2021). DOI: 10.1038/s41586-021-04129-3. www.nature.com/articles/s41586-021-04129-3 Información de la revista: Nature
Proporcionado por la Universidad de Cambridge Cita: Para el cerebro, el contexto es clave para la nueva teoría del movimiento y la memoria (24 de noviembre de 2021) recuperado el 29 de agosto de 2022 de https://medicalxpress.com/news/2021-11-brain-context-key-theory-movement.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.