Los neurocientíficos han revelado cómo la información sensorial se transforma en acción motora en múltiples regiones del cerebro en ratones. La investigación, realizada en el Sainsbury Wellcome Center de la UCL, muestra que la toma de decisiones es un proceso global en todo el cerebro que se coordina mediante el aprendizaje. Los resultados podrían ayudar a la investigación de la inteligencia artificial al proporcionar información sobre cómo diseñar redes neuronales más distribuidas.
“Este trabajo integra conceptos previamente descritos para regiones cerebrales individuales en un enfoque coherente que mapea la dinámica neuronal en todo el cerebro. Ahora tenemos una imagen completa de lo que sucede en el cerebro a medida que la información sensorial se transforma en una acción a través de un proceso de decisión”. explicó el profesor Tom Missick-Flögel, director del Centro de bienvenida de Sainsbury en la UCL y autor correspondiente del artículo.
El estudio, publicado hoy la naturalezaLos investigadores utilizaron NeuroPixel Probe, una tecnología sofisticada que permite el registro simultáneo de cientos de neuronas en múltiples regiones del cerebro, para estudiar ratones que participan en tareas de toma de decisiones. El trabajo desarrollado por la Dra. Ivana Orsolic en SWC permitió al equipo distinguir entre procesamiento sensorial y control motor. Los investigadores han revelado la contribución del aprendizaje al estudiar animales entrenados en la tarea y compararlos con animales ingenuos.
“A menudo tomamos decisiones basadas en evidencia confusa. Por ejemplo, cuando comienza a llover, antes de abrir el paraguas tienes que decidir qué tan alta debe ser la frecuencia de las gotas de lluvia. Estudiamos esta misma integración de evidencia confusa en ratones para comprender cómo el cerebro procesa decisiones perceptuales”, explicó el Dr. Michael Lohse, becario postdoctoral Sir Henry Wellcome en SWC y primer autor conjunto del artículo.
Se entrenó a ratas para que permanecieran quietas mientras observaban un patrón visual moverse en una pantalla. Para recibir una recompensa, las ratas tuvieron que lamer un hocico cuando detectaron un aumento constante en la velocidad de movimiento del patrón visual. La tarea fue diseñada para que la velocidad del movimiento nunca fuera constante, sino que fluctuara continuamente. El tiempo del aumento promedio de la velocidad también varió de una prueba a otra, de modo que las ratas simplemente no podían recordar cuándo ocurrió el aumento sostenido. Así, las ratas tuvieron que prestar atención continuamente al estímulo e integrar la información para determinar si se había producido un aumento en la velocidad.
“Al entrenar a los ratones para que permanecieran quietos, los datos que pudimos analizar fueron mucho más claros y el trabajo nos permitió ver cómo las neuronas rastrean fluctuaciones aleatorias en movimiento antes de que los ratones realicen una acción. Regiones cerebrales únicas que integran evidencia sensorial u orquestan la En el proceso, encontramos neuronas que están ampliamente distribuidas a lo largo de la evidencia sensorial y el inicio de la acción del cerebro”, explicó el Dr. Andrei Khilkevich, investigador principal en el laboratorio y conjunto Misik-Flogel. Primer autor del artículo.
Los investigadores grabaron varias veces de cada ratón y recopilaron datos de más de 15.000 células en 52 regiones del cerebro en 15 ratones entrenados. Para observar el aprendizaje, el equipo comparó los resultados con grabaciones de ratones ingenuos.
“Descubrimos que cuando las ratas no conocen el significado de los estímulos visuales, sólo presentan información al sistema visual del cerebro y a algunas regiones del mesencéfalo. Después de aprender la tarea, las células integran la evidencia de todo el cerebro”, explicó el Dr. .
En este estudio, el equipo solo observó animales inexpertos y aquellos que habían aprendido completamente la tarea, pero en trabajos futuros esperan rastrear cómo ocurre el proceso de aprendizaje mediante el seguimiento de las neuronas a lo largo del tiempo para ver cómo cambian a medida que los ratones comienzan a comprender la tarea. tarea. . Los investigadores también buscan explorar si regiones específicas del cerebro actúan como centros causales al establecer estos vínculos entre sensación y acción.
Las preguntas adicionales planteadas por el estudio incluyen cómo el cerebro incorpora una expectativa de cuándo aumentará la velocidad de un patrón visual de modo que los animales solo respondan a los estímulos cuando la información sea relevante. El equipo planea estudiar estas preguntas más a fondo utilizando el conjunto de datos que recopilaron.
Esta investigación fue financiada por Wellcome Awards (217211/Z/19/Z y 224121/Z/21/Z) y subvenciones principales de Gatsby Charitable Foundation (GAT3755) y Sainsbury’s Wellcome Center de Wellcome (219627/Z/19/Z). .