Investigadores de la Universidad Rockefeller (NY) y del Instituto de Investigación de Patología Molecular (IMP) de Viena han observado con todo detalle la actividad de las neuronas individuales de todo el cerebro de las larvas de peces cebra en el momento de tomar una decisión, con una resolución temporal y espacial sin precedentes.
El pez cebra (Danio rerio) no mide más de 5 centímetros, es transparente y su cerebro adulto posee 10 millones de neuronas. Frecuentemente se ha usado para la investigación científica en diversos campos y el año pasado se descubrió que incluso sueña, tal como lo hacemos nosotros. Compartimos con estos pequeños peces los mismos ciclos cuando dormimos: movimiento ocular rápido o REM y sueño superficial.
La nueva investigación realizada con este singular pez ha permitido obtener otro descubrimiento no menos sorprendente: observar todos los procesos cerebrales de toma de decisiones en tiempo real.
A nivel de cerebro humano, ya hemos identificado que dos zonas del cerebro están claramente implicadas en la toma de decisiones: el cuerpo estriado y el córtex del cíngulo anterior. También hemos establecido que la corteza prefrontal juega un papel clave en la toma de decisiones.
Este proceso de toma de decisiones no siempre es consciente: en nuestra vida cotidiana, tomamos decisiones automáticas en las que participan millones de neuronas e interacciones en diferentes regiones del cerebro a una velocidad imperceptible: abrir la nevera cuando tenemos hambre no es algo baladí para el cerebro.
Incluso el sistema cerebral de toma de decisiones automáticas y simples es complejo y dinámico: estos investigadores lo han comprobado al observar en tiempo real la actividad neuronal de todo el cerebro de un pez cebra en el momento en el que decide constantemente girar a la izquierda o la derecha.
La observación de esta actividad neuronal fue tan detallada y precisa que los investigadores podían saber, por la reacción neuronal previa, si el pez iba a girar a la derecha o a la izquierda, al menos hasta 10 segundos antes de que se produjera el movimiento del pez. Los resultados se han publicado en la revista Cell.
Siguiendo una decisión
Comprender cómo un cerebro toma decisiones implica rastrear cómo las neuronas en múltiples regiones del cerebro responden y cooperan en un momento fugaz y preciso.
Las neuronas funcionan mediante la generación de pulsos eléctricos (también conocidos como disparos) que viajan a través de las fibras nerviosas para propagar las señales que el organismo necesita para moverse adecuadamente o tomar decisiones, ya sean automáticas o conscientes.
Para observar a las neuronas en el momento de tomar una decisión, existen dos posibilidades: observar el disparo de un único subconjunto de neuronas implicadas (lo que impide obtener una imagen completa) u observar toda la actividad neuronal en un momento concreto y obtener la media de sus pulsos eléctricos (lo que implica perder precisión).
Para superar esta última limitación, los investigadores combinaron métodos estadísticos avanzados con una técnica que ellos mismos habían desarrollado recientemente, conocida como microscopía de campos de luz.
De esta forma consiguieron obtener, en cada decisión de los peces cebra, una panorámica simultánea y precisa de la actividad de todas las neuronas implicadas en el proceso de optar por el giro a la izquierda o la derecha.
El pez cebra (Danio rerio) no mide más de 5 centímetros, es transparente y su cerebro adulto posee 10 millones de neuronas. Frecuentemente se ha usado para la investigación científica en diversos campos y el año pasado se descubrió que incluso sueña, tal como lo hacemos nosotros. Compartimos con estos pequeños peces los mismos ciclos cuando dormimos: movimiento ocular rápido o REM y sueño superficial.
La nueva investigación realizada con este singular pez ha permitido obtener otro descubrimiento no menos sorprendente: observar todos los procesos cerebrales de toma de decisiones en tiempo real.
A nivel de cerebro humano, ya hemos identificado que dos zonas del cerebro están claramente implicadas en la toma de decisiones: el cuerpo estriado y el córtex del cíngulo anterior. También hemos establecido que la corteza prefrontal juega un papel clave en la toma de decisiones.
Este proceso de toma de decisiones no siempre es consciente: en nuestra vida cotidiana, tomamos decisiones automáticas en las que participan millones de neuronas e interacciones en diferentes regiones del cerebro a una velocidad imperceptible: abrir la nevera cuando tenemos hambre no es algo baladí para el cerebro.
Incluso el sistema cerebral de toma de decisiones automáticas y simples es complejo y dinámico: estos investigadores lo han comprobado al observar en tiempo real la actividad neuronal de todo el cerebro de un pez cebra en el momento en el que decide constantemente girar a la izquierda o la derecha.
La observación de esta actividad neuronal fue tan detallada y precisa que los investigadores podían saber, por la reacción neuronal previa, si el pez iba a girar a la derecha o a la izquierda, al menos hasta 10 segundos antes de que se produjera el movimiento del pez. Los resultados se han publicado en la revista Cell.
Siguiendo una decisión
Comprender cómo un cerebro toma decisiones implica rastrear cómo las neuronas en múltiples regiones del cerebro responden y cooperan en un momento fugaz y preciso.
Las neuronas funcionan mediante la generación de pulsos eléctricos (también conocidos como disparos) que viajan a través de las fibras nerviosas para propagar las señales que el organismo necesita para moverse adecuadamente o tomar decisiones, ya sean automáticas o conscientes.
Para observar a las neuronas en el momento de tomar una decisión, existen dos posibilidades: observar el disparo de un único subconjunto de neuronas implicadas (lo que impide obtener una imagen completa) u observar toda la actividad neuronal en un momento concreto y obtener la media de sus pulsos eléctricos (lo que implica perder precisión).
Para superar esta última limitación, los investigadores combinaron métodos estadísticos avanzados con una técnica que ellos mismos habían desarrollado recientemente, conocida como microscopía de campos de luz.
De esta forma consiguieron obtener, en cada decisión de los peces cebra, una panorámica simultánea y precisa de la actividad de todas las neuronas implicadas en el proceso de optar por el giro a la izquierda o la derecha.
Más todavía
Los investigadores pudieron asimismo cartografiar las neuronas en sus regiones anatómicas y descubrir qué regiones del cerebro estaban implicadas en los diferentes aspectos del proceso de toma de decisiones automáticas.
Observaron que en el proceso de toma de decisiones, que implica la transformación de la información neuronal en una decisión y una acción (girar a la derecha o la izquierda), estaban implicadas varias regiones cerebrales, pero principalmente el cerebelo, que es el que determinó el momento exacto del movimiento de la cola del pez.
Especialmente relevante al respecto es la contribución de esta investigación sobre la participación del cerebelo en el aprendizaje, ya que los investigadores indujeron también a los peces cebra a decidir en función de la temperatura del agua y descubrieron que tenían la capacidad de memoria y aprendizaje, relacionada asimismo con el cerebelo.
Según los investigadores, este descubrimiento sugiere que el cerebelo está involucrado en más funciones cognitivas de lo que tradicionalmente se ha pensado.
El cerebelo está especializado en integrar las vías sensitivas y las vías motoras, es decir, en recoger los pulsos eléctricos de las neuronas y transformarlos en reacciones corporales. Lo consigue mediante una serie de sinapsis (conexiones nerviosas) que lo conectan con otras estructuras del encéfalo y con la médula espinal.
En investigaciones anteriores se ha determinado que el cerebelo humano participa en funciones cognitivas superiores como la atención, la memoria o el aprendizaje. La investigación con los peces cebra confirma que esto es así también a nivel cerebral más simple.
Los investigadores pudieron asimismo cartografiar las neuronas en sus regiones anatómicas y descubrir qué regiones del cerebro estaban implicadas en los diferentes aspectos del proceso de toma de decisiones automáticas.
Observaron que en el proceso de toma de decisiones, que implica la transformación de la información neuronal en una decisión y una acción (girar a la derecha o la izquierda), estaban implicadas varias regiones cerebrales, pero principalmente el cerebelo, que es el que determinó el momento exacto del movimiento de la cola del pez.
Especialmente relevante al respecto es la contribución de esta investigación sobre la participación del cerebelo en el aprendizaje, ya que los investigadores indujeron también a los peces cebra a decidir en función de la temperatura del agua y descubrieron que tenían la capacidad de memoria y aprendizaje, relacionada asimismo con el cerebelo.
Según los investigadores, este descubrimiento sugiere que el cerebelo está involucrado en más funciones cognitivas de lo que tradicionalmente se ha pensado.
El cerebelo está especializado en integrar las vías sensitivas y las vías motoras, es decir, en recoger los pulsos eléctricos de las neuronas y transformarlos en reacciones corporales. Lo consigue mediante una serie de sinapsis (conexiones nerviosas) que lo conectan con otras estructuras del encéfalo y con la médula espinal.
En investigaciones anteriores se ha determinado que el cerebelo humano participa en funciones cognitivas superiores como la atención, la memoria o el aprendizaje. La investigación con los peces cebra confirma que esto es así también a nivel cerebral más simple.
Referencia
Cerebellar Neurodynamics Predict Decision Timing and Outcome on the Single-Trial Level. Qian Lin et al. Cell, January 16, 2020, DOI:https://doi.org/10.1016/j.cell.2019.12.018
Cerebellar Neurodynamics Predict Decision Timing and Outcome on the Single-Trial Level. Qian Lin et al. Cell, January 16, 2020, DOI:https://doi.org/10.1016/j.cell.2019.12.018