Descubren cómo el cerebro sale de un laberinto

Investigadores franceses han descubierto cómo se las arregla el cerebro para salir de un laberinto. La experiencia se produce cuando debemos encontrar el camino de vuelta en medio de una ciudad desconocida, sin ninguna referencia de localización (y sin ayuda de sistema de navegación alguno).

En esos casos, sólo se puede contar con un conocimiento preciso del trayecto a seguir y con las sucesivas elecciones que deberemos hacer en cada cruce de caminos: a la izquierda, a la derecha, seguir recto, etc.

Lo que han hecho estos investigadores es reunir imagen cerebral de ratones y modelización matemática para determinar la arquitectura cognitiva implicada en el aprendizaje de esta experiencia.

De esta forma pudieron apreciar el importante papel del hipocampo y del cerebelo en la capacidad de recordar el camino hacia el destino, cuando las informaciones visuales son ambiguas. Los resultados se publican en Scientific Reports, según se informa en un comunicado.

En este estudio que vinculó experimentación y modelización, los investigadores idearon un experimento en el que los ratones tenían que encontrar la salida de un laberinto contando únicamente con su capacidad de recordar una secuencia de movimientos: a la izquierda en la primera calle, a la derecha en la segunda.

Para identificar los circuitos cerebrales asociados al aprendizaje de esta experiencia, los investigadores han medido la expresión de la proteína c-Fos, implicada en los mecanismos de la plasticidad sináptica en 34 regiones cerebrales.

De esta forma pudieron analizar en qué medida algunas de estas regiones cerebrales cooperaban entre sí mientras los ratones exploraban el laberinto por primera vez. Este recorrido les debía servir para aprender a buscar la salida usando el camino más corto (secuencia memorizada).

Así descubrieron que la exploración de un nuevo entorno implica la actividad de numerosas regiones cortico-estriatales, mientras que, una vez aprendida la secuencia, la red cerebral se reorganiza principalmente en torno a dos estructuras: el hipocampo, conocido en particular por su papel en la memoria espacial, y el cerebelo, cuya función principal es la de integrar las vías sensitivas y las vías motoras.

Modelo de aprendizaje

A continuación, testando diferentes algoritmos para simular el rendimiento de los ratones durante el aprendizaje del laberinto, los investigadores desarrollaron un modelo de aprendizaje capaz de reproducir el comportamiento individual de los ratones.
De este modelo artificial de aprendizaje, los investigadores fueron capaces de extraer las características específicas de cada ratón y de identificar las regiones cerebrales vinculadas a la evolución del rendimiento de los ratones en su comportamiento.

Los resultados obtenidos por este sistema coinciden con la observación directa: muestran también una implicación significativa del hipocampo y del cerebelo en el aprendizaje del camino más corto para salir del laberinto.

De esta forma, la convergencia de los resultados matemáticos con los experimentales ha permitido demostrar que el cerebelo y el hipocampo desempeñan un papel crucial cuando tratamos de organizar un desplazamiento espacial en territorio desconocido y de establecer una secuencia de comportamientos (selección de trayecto) para llegar a un punto de destino.

Referencia

A hippocampo-cerebellar centred network for the learning and execution of sequence-based navigation. Scientific  Report 2017 Dec 19;7(1):17812. doi: 10.1038/s41598-017-18004-7.