NUMEROSOS MECANISMOS
Descubren cómo nuestro cerebro aprende: las neuronas usan múltiples reglas a la vez
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, publicadoen 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.
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).
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