Un estudio publicado en la revista 'Neuron' ha desvelado que las neuronas están conectadas para unir conceptos aparentemente no relacionados. Este cableado puede ser crucial para mejorar la capacidad del cerebro de predecir lo que ven los humanos basándose en experiencias pasadas, y acerca un paso más a la comprensión de cómo este proceso falla en los trastornos mentales.
El descubrimiento de este mecanismo ha sido llevado a cabo por investigadores de la Fundación Champalimaud, y apoyado por la Convocatoria CaixaResearch Salud de la Fundación la Caixa.
Con el tiempo, el cerebro construye una jerarquía de conocimientos en la que los conceptos de orden superior están vinculados a las características de orden inferior que los componen. Por ejemplo, se aprende que los armarios contienen cajones y que los perros dálmatas tienen manchas blancas y negras, y no al revés. Este marco interconectado conforma las expectativas y percepción del mundo, permitiendo identificar lo que se ve basándose en el contexto y la experiencia.
"Tomemos un elefante", dice Leopoldo Petreanu, autor principal del estudio financiado por la Caixa. "Los elefantes se asocian con atributos de orden inferior, como el color, el tamaño y el peso, así como con contextos de orden superior, como selvas o safaris. Conectar conceptos nos ayuda a entender el mundo y a interpretar estímulos ambiguos. Si estás en un safari, es más probable que veas un elefante detrás de los arbustos.
Del mismo modo, saber que se trata de un elefante hace más probable que lo percibas como gris incluso en la penumbra del crepúsculo. Pero, ¿en qué parte del cerebro se almacenan estos conocimientos previos y cómo se aprenden?", ha preguntado el investigador.
El sistema visual del cerebro está formado por una red de áreas que trabajan juntas: las áreas inferiores se ocupan de detalles sencillos (por ejemplo, pequeñas regiones del espacio, colores, bordes) y las áreas superiores representan conceptos más complejos (por ejemplo, regiones más grandes del espacio, animales, caras).
Las células de las áreas superiores envían conexiones de retroalimentación a las áreas inferiores, lo que les permite aprender e integrar relaciones del mundo real determinadas por la experiencia. Por ejemplo, las células que codifican un elefante pueden enviar información a células que procesan características como gris, grande y pesado. Por ello, los investigadores se propusieron estudiar cómo influye la experiencia visual en la organización de estas proyecciones de retroalimentación, cuyo papel funcional sigue siendo en gran medida desconocido.
ESTUDIARON EN RATONES CÓMO SE ALMACENA LA INFORMACIÓN
"Queríamos entender cómo estas proyecciones de retroalimentación almacenan información sobre el mundo", ha explicado Rodrigo Dias, uno de los primeros autores del estudio.
"Para ello, examinamos los efectos de la experiencia visual en las proyecciones de retroalimentación a un área visual inferior llamada V1 en ratones. Criamos dos grupos de ratones de forma diferente: uno en un entorno normal con exposición regular a la luz y otro en la oscuridad. Después observamos cómo las conexiones de retroalimentación y las células a las que se dirigen en V1 respondían a diferentes regiones del campo visual", ha manifestado.
En los ratones criados en la oscuridad, tanto las conexiones de retroalimentación como las células V1 situadas directamente debajo de ellas representaban las mismas zonas del espacio visual.
La primera autora, Radhika Rajan, retoma la historia: "Fue asombroso ver lo bien que coincidían las representaciones espaciales de las zonas superiores e inferiores en los ratones criados en la oscuridad. Esto sugiere que el cerebro tiene un plan genético inherente para organizar estas conexiones alineadas espacialmente, independientemente de la información visual".
Sin embargo, en los ratones criados en condiciones normales, estas conexiones eran menos precisas y la información procedente de las zonas circundantes del campo visual se retroalimentaba más.
Rajan prosigue: "Descubrimos que, con la experiencia visual, la retroalimentación proporciona más información contextual y novedosa, mejorando la capacidad de las células V1 para muestrear información de un área más amplia de la escena visual".
Este efecto dependía del origen dentro del área visual superior: las proyecciones de retroalimentación procedentes de capas más profundas tenían más probabilidades de transmitir información del entorno en comparación con las procedentes de capas superficiales.
LA EXPERIENCIA VISUAL DESEMPEÑA UN PAPEL CRUCIAL
Además, el equipo descubrió que, en ratones criados con normalidad, las entradas de retroalimentación de las capas profundas a V1 se organizan según los patrones que prefieren ver, como líneas verticales u horizontales.
"Por ejemplo, las entradas que prefieren las líneas verticales evitan enviar información del entorno a las áreas situadas a lo largo de la dirección vertical. Por el contrario, no encontramos este sesgo en la conectividad de los ratones criados en la oscuridad", ha indicado Dias.
"Esto sugiere que la experiencia visual desempeña un papel crucial en el ajuste de las conexiones de retroalimentación y en la conformación de la información espacial transmitida desde las áreas visuales superiores a las inferiores", señala Petreanu.
"Desarrollamos un modelo computacional que muestra cómo la experiencia conduce a un proceso de selección, reduciendo las conexiones entre la retroalimentación y las células V1 cuyas representaciones se solapan demasiado. Así se minimiza la redundancia, lo que permite a las células V1 integrar una gama más diversa de retroalimentación", ha finalizado el investigador.
RELACIÓN CON EL AUTISMO Y LA ESQUIZOFRENIA
Tal vez de forma contraintuitiva, el cerebro podría codificar el conocimiento aprendido conectando células que representan conceptos no relacionados y que tienen menos probabilidades de activarse juntas basándose en patrones del mundo real. Podría tratarse de una forma de almacenar información que ahorra energía, de modo que al encontrarse con un estímulo nuevo, como un elefante rosa, el cableado preconfigurado del cerebro maximiza la activación, mejorando la detección y actualizando las predicciones sobre el mundo.
Identificar esta interfaz cerebral en la que el conocimiento previo se combina con la nueva información sensorial podría ser valioso para desarrollar intervenciones en casos en los que este proceso de integración funcione mal.Como concluye Petreanu, "se cree que estos desequilibrios se producen en enfermedades como el autismo y la esquizofrenia. En el autismo, los individuos pueden percibir todo como nuevo porque la información previa no es lo bastante fuerte como para influir en la percepción. Por el contrario, en la esquizofrenia, la información previa puede ser excesivamente dominante y dar lugar a percepciones generadas internamente en lugar de basarse en la información sensorial real. Comprender cómo se integran la información sensorial y los conocimientos previos puede ayudar a resolver estos desequilibrios".
