Tendencias Científicas
Emily Oby sostiene un electrodo que mide la actividad cerebral, representado en la pantalla de su ordenador. El éxito de este estudio podría ayudar a las personas que han sufrido lesiones cerebrales a recuperar habilidades como tocar el piano o practicar un deporte. Foto: Aimee Obidzinski / Universidad de Pittsburgh.
Investigadores de la Universidad de Pittsburgh y de la Universidad Carnegie Mellon han descubierto lo que sucede en el cerebro cuando dominamos una habilidad nueva. Sus resultados se publican en PNAS.
Cuando dejamos de ser novatos y nos convertimos en expertos de algo, nuestro cerebro cambia: nuevos patrones de actividad neuronal emergen con el aprendizaje que hemos necesitado para dominar esa habilidad.
Los investigadores han comprobado que existe un vínculo indiscutible entre esos nuevos patrones de actividad neuronal y las nuevas habilidades de comportamiento que hemos adquirido.
El conocimiento más preciso de este circuito neural subyacente puede mejorar la calidad de vida de las personas que han sufrido una lesión cerebral, al permitirles volver a aprender más fácilmente las tareas diarias perdidas por el accidente.
Con monos Rhesus
La investigación se desarrolló con monos Rhesus, usados tradicionalmente en investigaciones científicas, que son capaces entre otras habilidades de reconocerse en un espejo.
A estos monos los investigadores le aplicaron un interfaz cerebro-ordenador, que registra las ondas cerebrales y las envía a un ordenador para ser procesadas e interpretadas.
En el experimento, los investigadores se concentraron en la actividad neuronal de una parte de la corteza motora primaria, situada en la parte posterior del lóbulo frontal, mientras los monos jugaban a mover el cursor en una pantalla de ordenador.
Este juego inicial no necesita una actividad cerebral especial porque las neuronas se activan espontáneamente.
A continuación, indujeron a los monos a aprender una habilidad relacionada con el movimiento del cursor y compararon los patrones cerebrales registrados antes y después del aprendizaje.
Este aprendizaje requirió de los monos varias sesiones de prácticas y un entrenamiento. Pero después de una semana, los investigadores descubrieron que los monos aprendieron a controlar el cursor.
Cuando dejamos de ser novatos y nos convertimos en expertos de algo, nuestro cerebro cambia: nuevos patrones de actividad neuronal emergen con el aprendizaje que hemos necesitado para dominar esa habilidad.
Los investigadores han comprobado que existe un vínculo indiscutible entre esos nuevos patrones de actividad neuronal y las nuevas habilidades de comportamiento que hemos adquirido.
El conocimiento más preciso de este circuito neural subyacente puede mejorar la calidad de vida de las personas que han sufrido una lesión cerebral, al permitirles volver a aprender más fácilmente las tareas diarias perdidas por el accidente.
Con monos Rhesus
La investigación se desarrolló con monos Rhesus, usados tradicionalmente en investigaciones científicas, que son capaces entre otras habilidades de reconocerse en un espejo.
A estos monos los investigadores le aplicaron un interfaz cerebro-ordenador, que registra las ondas cerebrales y las envía a un ordenador para ser procesadas e interpretadas.
En el experimento, los investigadores se concentraron en la actividad neuronal de una parte de la corteza motora primaria, situada en la parte posterior del lóbulo frontal, mientras los monos jugaban a mover el cursor en una pantalla de ordenador.
Este juego inicial no necesita una actividad cerebral especial porque las neuronas se activan espontáneamente.
A continuación, indujeron a los monos a aprender una habilidad relacionada con el movimiento del cursor y compararon los patrones cerebrales registrados antes y después del aprendizaje.
Este aprendizaje requirió de los monos varias sesiones de prácticas y un entrenamiento. Pero después de una semana, los investigadores descubrieron que los monos aprendieron a controlar el cursor.
Esta ilustración muestra nuevas raíces, representadas como neuronas, que florecen en una flor significando un nuevo comportamiento o habilidad. Crédito: Frank Harris para la Universidad de Pittsburgh.
Nuevos patrones neuronales
“Esto es sorprendente porque sabíamos desde el principio que los monos no tenían los patrones de actividad neuronal necesarios para realizar esta habilidad. Efectivamente, cuando observamos la actividad neuronal nuevamente después de entrenarlos, vimos que habían aparecido nuevos patrones de actividad neuronal, y que estos nuevos patrones fueron los que permitieron al mono realizar la nueva tarea", explica Aaron Batista, uno de los investigadores, en un comunicado.
Estos hallazgos sugieren que el proceso para que los humanos dominen una nueva habilidad también podría implicar la generación de nuevos patrones de actividad neuronal, señalan los investigadores.
Por ejemplo, cuando nos proponemos aprender a interpretar una compleja pieza musical en el piano, nuestro cerebro carece de los patrones neuronales adecuados para conseguir la proeza.
Sin embargo, "creemos que la práctica extendida crea una nueva conectividad sináptica que lleva directamente al desarrollo de nuevos patrones de actividad que permiten nuevas habilidades", explica Steven Chase, otro de los investigadores.
“Creemos que este trabajo se aplica a cualquiera que quiera aprender, ya sea una persona con parálisis que quiere recuperar su actividad cerebral, o un sobreviviente de un derrame cerebral que quiera recuperar la función motora normal. Si podemos mirar directamente al cerebro durante el aprendizaje motor, creemos que podemos diseñar estrategias de neurofeedback que faciliten el proceso que conduce a la formación de nuevos patrones de actividad neuronal", añade.
Neuroterapia
El neurofeedback es una neuroterapia que modifica la función cerebral actuando directamente sobre ella, a través del registro y la regulación de la actividad eléctrica cerebral.
La investigación se realizó como parte del Centro para las Bases Neuronales de la Cognición, un programa de investigación y educación interinstitucional que aprovecha las fortalezas de la Universidad de Pittsburg (Pitt) en neurociencia básica y clínica y bioingeniería, con las competencias de Carnegie Mellon (CMU) en neurociencia cognitiva y computacional.
El proyecto fue desarrollado conjuntamente por Aaron Batista, profesor asociado de bioingeniería en la Escuela de Ingeniería Swanson de Pitt; Byron Yu, profesor asociado de ingeniería eléctrica e informática e ingeniería biomédica en CMU; y Steven Chase, profesor asociado de ingeniería biomédica y del Instituto de Neurociencia en CMU. El trabajo de bioingeniería fue liderado por Emily Oby.
“Esto es sorprendente porque sabíamos desde el principio que los monos no tenían los patrones de actividad neuronal necesarios para realizar esta habilidad. Efectivamente, cuando observamos la actividad neuronal nuevamente después de entrenarlos, vimos que habían aparecido nuevos patrones de actividad neuronal, y que estos nuevos patrones fueron los que permitieron al mono realizar la nueva tarea", explica Aaron Batista, uno de los investigadores, en un comunicado.
Estos hallazgos sugieren que el proceso para que los humanos dominen una nueva habilidad también podría implicar la generación de nuevos patrones de actividad neuronal, señalan los investigadores.
Por ejemplo, cuando nos proponemos aprender a interpretar una compleja pieza musical en el piano, nuestro cerebro carece de los patrones neuronales adecuados para conseguir la proeza.
Sin embargo, "creemos que la práctica extendida crea una nueva conectividad sináptica que lleva directamente al desarrollo de nuevos patrones de actividad que permiten nuevas habilidades", explica Steven Chase, otro de los investigadores.
“Creemos que este trabajo se aplica a cualquiera que quiera aprender, ya sea una persona con parálisis que quiere recuperar su actividad cerebral, o un sobreviviente de un derrame cerebral que quiera recuperar la función motora normal. Si podemos mirar directamente al cerebro durante el aprendizaje motor, creemos que podemos diseñar estrategias de neurofeedback que faciliten el proceso que conduce a la formación de nuevos patrones de actividad neuronal", añade.
Neuroterapia
El neurofeedback es una neuroterapia que modifica la función cerebral actuando directamente sobre ella, a través del registro y la regulación de la actividad eléctrica cerebral.
La investigación se realizó como parte del Centro para las Bases Neuronales de la Cognición, un programa de investigación y educación interinstitucional que aprovecha las fortalezas de la Universidad de Pittsburg (Pitt) en neurociencia básica y clínica y bioingeniería, con las competencias de Carnegie Mellon (CMU) en neurociencia cognitiva y computacional.
El proyecto fue desarrollado conjuntamente por Aaron Batista, profesor asociado de bioingeniería en la Escuela de Ingeniería Swanson de Pitt; Byron Yu, profesor asociado de ingeniería eléctrica e informática e ingeniería biomédica en CMU; y Steven Chase, profesor asociado de ingeniería biomédica y del Instituto de Neurociencia en CMU. El trabajo de bioingeniería fue liderado por Emily Oby.
Referencia
New neural activity patterns emerge with long-term learning. Emily R. Oby et al. PNAS June 10, 2019. DOI:https://doi.org/10.1073/pnas.1820296116
New neural activity patterns emerge with long-term learning. Emily R. Oby et al. PNAS June 10, 2019. DOI:https://doi.org/10.1073/pnas.1820296116
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