Las neuronas utilizan diferentes reglas simultáneas para codificar el
aprendizaje. Los resultados de estudio, que emplea técnicas de imagen
avanzadas, contradicen la teoría de un único mecanismo uniforme para todo
el cerebro
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Neurocientíficos de la Universidad de California San Diego (UCSD) han descubierto que las neuronas siguen múltiples reglas simultáneamente durante el proceso de aprendizaje, lo cual contradice la teoría convencional de que el cerebro utiliza un conjunto uniforme de instrucciones para modificar sus conexiones.
El estudio, publicado en la revista Science, emplea técnicas avanzadas de
imagen cerebral para observar la actividad neuronal en ratones mientras
realizaban tareas de aprendizaje, revelando que diferentes regiones de una
misma neurona siguen distintas reglas.
“Cuando se habla de plasticidad sináptica, típicamente se considera algo
uniforme en todo el cerebro”, explica en una nota William Wright,
investigador postdoctoral de la UCSD y primer autor del estudio. “Nuestra
investigación proporciona una comprensión más clara de cómo las sinapsis se
modifican durante el aprendizaje”, añade.
Estos científicos utilizaron técnicas de imagen avanzadas para observar el
comportamiento de sinapsis individuales en la corteza motora de ratones
mientras estos aprendían nuevas habilidades motrices. En concreto, emplearon
sensores moleculares que rastreaban simultáneamente la entrada sináptica
(mediante la liberación de glutamato) y la salida neuronal (mediante
actividad de calcio).
PROBLEMA DE ASIGNACIÓN DE CRÉDITO
De esta forma, los autores del trabajo abordaron el llamado “problema de
asignación de crédito”, que explica cómo las sinapsis individuales, que
solo tienen acceso a información local, pueden colectivamente dar forma a
nuevos comportamientos adquiridos.
El equipo descubrió que los patrones de actividad neuronal relacionados
con el aprendizaje impulsan la plasticidad sináptica de manera diferente
según la región donde estuvieran las dendritas, los receptores de las
neuronas que transmiten el impulso nervioso. En las dendritas apicales,
las sinapsis se fortalecían cuando estaban coactivas con vecinas cercanas,
sugiriendo que la plasticidad en esta zona está gobernada por
interacciones locales. En contraste, la plasticidad en las dendritas
basales estaba vinculada a la respuesta global de la neurona,
fortaleciéndose o debilitándose en coordinación con la actividad de las
sinapsis.
Curiosamente, al suprimir la actividad neuronal de los ratones, afectaban
selectivamente a la plasticidad de las dendritas basales, pero no a las
apicales, confirmando los distintos mecanismos en acción dentro de la
misma célula.
Este descubrimiento cambia fundamentalmente la forma en que entendemos cómo el cerebro resuelve el problema de asignación de créditoTakaki Komiyama, UCSD
El hallazgo sorprendió a los investigadores. Según Takaki Komiyama,
co-autor principal del estudio: “Este descubrimiento cambia
fundamentalmente la forma en que entendemos cómo el cerebro resuelve el
problema de asignación de crédito”.
La investigación ofrece también perspectivas prometedoras para el futuro
de la inteligencia artificial y las redes neuronales. Mientras que las
actuales redes neuronales artificiales funcionan con un conjunto común de
reglas, este estudio sugiere nuevas formas de diseñar sistemas avanzados
utilizando múltiples reglas en unidades singulares.
En lo que respecta a la salud, los hallazgos podrían ofrecer nuevas formas
de tratar problemas como las adicciones, el trastorno de estrés
postraumático, la enfermedad de Alzheimer u otros trastornos del
neurodesarrollo como el autismo. A partir de estos resultados, el equipo
planea continuar investigando cómo las neuronas logran utilizar diferentes
reglas a la vez y qué beneficios concretos les proporciona esta capacidad.
Referencia:
William Wright, Takaki Komiyama et al. “Distinct synaptic plasticity rules
operate across dendritic compartments in vivo during learning”. Science
(2025).
Artículo publicado originalmente en SINC
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