Un modelo de red neuronal replicó estos hallazgos, demostrando que la arquitectura del cerebro facilita de manera natural la detección de novedades.
Esta función es esencial para la percepción, el aprendizaje y la toma de decisiones, y podría explicar por qué las personas con esquizofrenia tienen dificultades para diferenciar la información nueva de la ya conocida.
Los resultados resaltan el papel de las redes neuronales, en lugar de neuronas individuales, en la detección de novedades. Esta investigación amplía nuestra comprensión tanto del funcionamiento normal del cerebro como de los trastornos en los que el procesamiento predictivo falla.
Datos Clave
Ecos Neuronales: El córtex rastrea los estímulos sensoriales utilizando "ecos" de experiencias previas, lo que ayuda a formar recuerdos a corto plazo.
Detección Automática de la Novedad: Son las redes neuronales, y no neuronas individuales, las que identifican nuevos estímulos de manera automática gracias a su estructura.
Implicaciones para la Esquizofrenia: Estos hallazgos podrían explicar por qué las personas con esquizofrenia tienen dificultades para distinguir entre información nueva y antigua.
El Papel del Córtex Cerebral en la Predicción del Futuro
El córtex cerebral es la parte más grande del cerebro de los mamíferos y, según diversas métricas, la más importante. En los humanos, es el área donde ocurren procesos clave como la percepción, el pensamiento, el almacenamiento de la memoria y la toma de decisiones.
Una hipótesis actual sugiere que la función principal del córtex es predecir lo que sucederá en el futuro. Para lograrlo, identifica y codifica la nueva información que recibe del mundo exterior y la compara con lo que se esperaba que ocurriera.
Un nuevo estudio, publicado en la revista Neuron, da un gran paso para demostrar esta hipótesis. El autor principal del estudio es Yuriy Shymkiv, investigador postdoctoral en el laboratorio del profesor Rafael Yuste.
"Descubrimos que el córtex actúa como una máquina de memoria, codificando nuevas experiencias y prediciendo el futuro cercano", explicó Shymkiv.
"Este estudio proporciona una gran cantidad de información sobre el papel del córtex cerebral y sobre enfermedades como la esquizofrenia, donde el córtex parece estar funcionando mal", añadió Yuste.
Según los investigadores, la novedad es la diferencia entre lo que se predijo y lo que realmente ocurrió. La investigación muestra que el córtex cerebral detecta constantemente estímulos novedosos para mejorar sus predicciones sobre el futuro. La detección de novedades es una función crítica para los seres humanos y otros animales.
El Experimento: Cómo el Cerebro Responde a la Novedad
Para investigar este proceso, el equipo diseñó un estudio en el que analizaron la respuesta de ratones a una combinación de estímulos sensoriales familiares y nuevos. En el experimento, se les presentaron sonidos de diferentes frecuencias.
Al analizar la actividad en el córtex auditivo de los ratones, la región del cerebro encargada de procesar el sonido, los investigadores encontraron que grupos de neuronas no solo respondían al sonido en sí, sino también a qué tan nuevo era el estímulo.
De manera intrigante, observaron que cada sonido dejaba un rastro de actividad neuronal, que llamaron "eco". Estos ecos seguían la pista de los estímulos sensoriales a lo largo del tiempo y formaban recuerdos a corto plazo de los sonidos recientes.
Hallazgos clave:
Los ecos de actividad garantizaban que cada estímulo generara una respuesta neuronal única.
Además, permitían identificar estímulos nuevos y hacían que las respuestas a ellos fueran más intensas.
El Modelo de Red Neuronal: Simulando la Detección de Novedad
Para comprender mejor estos hallazgos, el equipo construyó un modelo de red neuronal del córtex auditivo y lo entrenó para detectar estímulos novedosos.
Resultados:
La simulación mostró que las redes de neuronas también usaban estos ecos de actividad para almacenar un modelo del entorno y detectar cambios.
Concluyeron que la estructura del córtex, con sus bucles de neuronas interconectadas, convierte la detección de novedades en una propiedad emergente automática de la red.
"Este es un gran avance para entender cómo el cerebro es tan eficaz en la detección de novedades", señaló Yuste.
El modelo desarrollado por Shymkiv se basa en las ideas de John Hopfield, quien ganó el Premio Nobel el año pasado por su trabajo en modelos de redes neuronales y su impacto en la inteligencia artificial.
Relación con la Esquizofrenia: Cuando la Predicción del Futuro Falla
La investigación también proporciona nuevas perspectivas sobre el papel fundamental del córtex cerebral en la esquizofrenia.
Los médicos han sabido durante años que las personas con esquizofrenia tienen dificultades para distinguir entre información nueva y antigua. Anteriormente, los científicos intentaron explicar este fenómeno analizando el comportamiento de neuronas individuales, pero los resultados no fueron concluyentes.
Uno de los principales descubrimientos de este estudio es que la detección de novedades no es una función de neuronas individuales, sino de redes neuronales completas.
"Estamos muy emocionados de que estos hallazgos puedan profundizar nuestra comprensión de esta parte crucial del cerebro y, potencialmente, ofrecer información valiosa sobre cómo corregir estos problemas cuando las funciones predictivas fallan", concluyó Yuste.
Este estudio representa un gran avance en la comprensión de cómo el cerebro detecta la novedad y usa esta información para predecir el futuro.
Implicaciones clave:
La detección de novedades es un proceso automático de las redes neuronales del córtex cerebral.
Esta capacidad es esencial para la percepción, el aprendizaje y la toma de decisiones.
Las personas con esquizofrenia podrían tener alteraciones en este mecanismo, lo que explicaría sus dificultades para diferenciar entre información nueva y conocida.
La investigación no solo nos acerca a comprender mejor el funcionamiento del cerebro en condiciones normales, sino que también podría abrir puertas a nuevos enfoques para tratar trastornos del procesamiento predictivo, como la esquizofrenia.
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