El cerebro reutiliza los mismos circuitos neuronales para distintas tareas, según el MIT

Neurocientíficos del MIT han descubierto la primera evidencia de que el cerebro emplea módulos neuronales flexibles y polivalentes: grupos de neuronas en la corteza prefrontal que pueden alternar entre almacenar información sensorial y planes de acción en la memoria de trabajo, en lugar de depender de circuitos dedicados para cada tarea.

Bloques de construcción cognitiva

Los hallazgos, publicados este lunes en Nature Neuroscience, surgen de una colaboración entre Mriganka Sur, del Instituto Picower para el Aprendizaje y la Memoria del MIT, y Timothy Buschman, del Instituto de Neurociencia de Princeton. El autor principal, Yuma Osako, investigador posdoctoral del MIT, describió el hallazgo principal: "El cerebro no dedica un grupo separado de neuronas a cada tipo de información. En su lugar, utiliza las mismas poblaciones de neuronas para realizar el mismo cálculo con diferentes tipos de información".news.mit+1

El equipo entrenó a ratones en una tarea de emparejamiento con la muestra retrasada que les exigía determinar si dos tonos tenían el mismo tono y luego responder en consecuencia. Al registrar los impulsos eléctricos de miles de neuronas durante la tarea, los investigadores identificaron subespacios neuronales distintos, patrones coordinados de actividad en muchas neuronas, asociados con el procesamiento de estímulos y el mantenimiento de la memoria.bioengineer

En la corteza parietal, las neuronas parecían dedicadas a almacenar recuerdos sensoriales de los tonos. Pero en la corteza prefrontal, un grupo de neuronas cambiaba de función según la fase de la tarea: durante el intervalo entre tonos, almacenaban la memoria sensorial, y después del segundo tono, retenían el plan de acción del animal.sflorg+1

De ratones a máquinas

Los investigadores validaron sus hallazgos utilizando redes neuronales recurrentes artificiales condicionadas por los datos de los ratones. Al simular el silenciamiento de grupos neuronales específicos, la interrupción de un grupo interfirió con un cálculo particular mientras dejaba intactos otros, lo que resulta coherente con la existencia de módulos especializados pero reutilizables.bioengineer

Buschman comparó esta disposición con "Legos cognitivos" que pueden combinarse de forma flexible para generar nuevos comportamientos. "Esto significa que no es necesario construir un circuito completamente nuevo para retener información en la mente cada vez que se quiere aprender una nueva tarea", afirmó.news.mit

Implicaciones para la cognición y la IA

El descubrimiento ofrece un marco para comprender cómo los animales realizan tareas complejas en condiciones cambiantes con un número finito de neuronas. Si las operaciones cognitivas se construyen a partir de módulos reutilizables, aprender una nueva tarea podría implicar modificar la forma en que se conectan los módulos en lugar de construir circuitos completamente nuevos. El siguiente paso de los investigadores es estudiar si la inhibición de estos módulos durante diferentes fases de la tarea afecta al comportamiento, lo que podría confirmar su papel causal en la cognición flexible.news.mit+1

El trabajo fue financiado por los Institutos Nacionales de Salud de EE. UU., el Fondo de Innovación del Instituto Picower y varias becas internacionales.sflorg