El ruido neuronal te ayuda a aprender

30.03.2015

Hace veinte años, los neurocientíficos de Stanford descubrieron una extraña actividad de ruido en algunas neuronas del cerebro: respondían a estímulos que parecían no tener nada que ver con ellas. Y tal actividad surgía precisamente cuando el cerebro tomaba una decisión. El experimento en sí fue el siguiente: los animales de experimentación tenían que determinar cómo se mueven los puntos en la pantalla, de derecha a izquierda o de izquierda a derecha; en caso de una respuesta correcta, se otorgaba una recompensa. Con la ayuda de tal modelo, es posible estudiar qué procesos en el cerebro acompañan la formación de categorías. La categorización de objetos y fenómenos es una de las características más generales de la psique que subyace al aprendizaje, y sería realmente interesante saber qué está pasando en el cerebro en este momento. En este caso, como es fácil de entender, era necesario distinguir dos clases de objetos: los que se mueven en una dirección y los que se mueven en la dirección opuesta.

Como resultado, fue posible encontrar un grupo de neuronas que responden al movimiento, y entre ellas se encontraban aquellas que se activan especialmente en el momento mismo de tomar una decisión. Sin embargo, su actividad parecía como si algunas células gritaran “¡de derecha a izquierda!” en respuesta al punto, mientras que otras gritaban “¡de izquierda a derecha!” en respuesta al mismo punto, independientemente de dónde se mueva realmente el punto. El nivel de ruido se redujo con la ayuda de una recompensa por la respuesta correcta: sintonizó las neuronas, haciéndolas más exigentes y menos ruidosas, de modo que comenzaron a responder principalmente solo a puntos de una categoría, "su". Y lo que resultó especialmente extraño fue que el ruido neuronal no se produjo en absoluto en aquellas áreas de la corteza cerebral que suelen estar asociadas con la toma de decisiones.

Por qué las neuronas son ruidosas en la parte "no central" del cerebro, logramos descubrirlo parcialmente solo ahora, con la ayuda de un modelo de computadora desarrollado por Tatiana Engel y sus colegas; los resultados de su trabajo se publican en Nature Communications. El modelo imitó el trabajo de los circuitos neuronales que conectan las áreas sensoriales del cerebro con las de categorización. Las neuronas virtuales "observaron" puntos que se movían en diferentes direcciones y que debían dividirse en las mismas dos clases, "derecha" e "izquierda", como en el experimento original con animales.

Un circuito neuronal simulado, a diferencia de uno real, puede verse privado de la capacidad de hacer ruido, lo que hicieron los investigadores. Pero resultó que sin el ruido neuronal que acompaña a la elección, la formación de categorías es imposible. En otras palabras, para que una clase de puntos que se mueven de derecha a izquierda se formen en la mente, el cerebro debe hacer una elección en condiciones "ruidosas", cuando algunas de las neuronas se "agitan" simultáneamente por la respuesta incorrecta. Si ignoramos los puntos y tomamos un ejemplo más realista, imagine que cada mañana elige entre una taza de café y una taza de té. Haces una elección todos los días durante una semana, dos semanas, un mes, seis meses y al final llegas a la conclusión de que una taza de café por la mañana es exactamente lo que necesitas. Pero si de repente sucede que su cerebro hace una elección sin ningún ruido, entonces simplemente no formará una conexión entre las horas de la mañana y el café, el concepto mismo de café de la mañana estará ausente.

Por supuesto, aquí existe una gran tentación de interpretar el ruido neuronal como "duda", o como "la necesidad de considerar todas las soluciones posibles". Sin embargo, tales formulaciones pertenecen más bien al campo de la filosofía, que hasta ahora difícilmente podemos correlacionar con fenómenos neurofisiológicos específicos. Sin embargo, es muy posible que nuevos datos en el futuro permitan la creación de algunos métodos de hardware que mejoren las capacidades cognitivas, a través de la gestión del ruido neuronal. Pero por ahora, queda por ver de dónde proviene realmente: si son los departamentos sensoriales los que lo generan, o si es producido por otras áreas del cerebro que están directamente relacionadas con la toma de decisiones, o si tanto sensorial como cognitivo. Los departamentos están involucrados aquí.

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