Estudian comportamiento de las células cerebrales

El trabajo, publicado en la revista revisada por pares Nature, es el primero en iluminar los procesos neurológicos conocidos como abstracción e inferencia en el cerebro humano.

"La abstracción nos permite ignorar detalles irrelevantes y centrarnos en la información que necesitamos para actuar, y la inferencia es el uso del conocimiento para hacer conjeturas fundamentadas sobre el mundo que nos rodea", explica Ueli Rutishauser, doctor, profesor y catedrático de Neurociencias de Cedars-Sinai y coautor del estudio.

Los seres humanos suelen utilizar estos dos procesos cognitivos juntos para aprender rápidamente sobre nuevos entornos y actuar adecuadamente en ellos. Un ejemplo de ello es un conductor estadounidense que alquila un coche en Londres por primera vez.

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“Los ingleses conducen por el lado derecho del coche y por la izquierda de la calle, lo contrario de lo que hacemos en Estados Unidos. Para alguien de EE.UU., conducir en Londres significa invertir muchas de las reglas que ha aprendido, y hacer ese cambio mental requiere abstracción para centrarse en el lado de la conducción, y hacer inferencias para evitar meterse directamente en el tráfico que viene de frente", añade Rutishauser.

En el estudio, los investigadores trabajaron con 17 pacientes hospitalizados a los que se habían implantado quirúrgicamente electrodos en el cerebro como parte de un procedimiento para diagnosticar la epilepsia. En total, los investigadores registraron el disparo de miles de células cerebrales mientras los participantes realizaban una tarea de inferencia en un ordenador.

"Se trata de formas geométricas tridimensionales que no podemos imaginar ni visualizar en un monitor de computadora", señala el doctor Stefano Fusi, investigador principal del Zuckerman Mind Brain Behavior Institute de la Universidad de Columbia y coautor del estudio. "Pero podemos utilizar técnicas matemáticas para visualizar representaciones simplificadas de ellos en 3D".

Durante las grabaciones, se mostraron repetidamente a los participantes cuatro imágenes: una persona, un mono, un coche y una sandía. En respuesta a cada imagen, se les pedía que pulsaran un botón a la izquierda o a la derecha. A continuación, recibían un mensaje de "correcto" o "incorrecto".

Mediante la repetición, los participantes acababan aprendiendo la respuesta correcta para cada una de las cuatro imágenes. En ese momento, se invertían las reglas del juego sin informar a los participantes, y la respuesta opuesta para cada imagen se contaba como correcta.

Tras el cambio, algunos participantes fueron capaces de descifrar rápidamente el cambio de regla e inferir las respuestas correctas sin volver a aprenderlas, lo que significa que realizaron la inferencia.

Los investigadores observaron sorprendentes patrones geométricos en los cerebros de esos participantes. Grupos de neuronas se disparaban juntas, como pájaros que vuelan en formación o como una multitud que entona espontáneamente un cántico en un acontecimiento deportivo.

La forma en que las neuronas coordinaban su actividad y codificaban la información pertinente indicaba que los sujetos habían adquirido los conocimientos conceptuales necesarios para realizar la tarea. Los investigadores no observaron patrones de este tipo en los cerebros de los participantes que no tuvieron éxito en el uso de la inferencia.

"La adquisición de conocimientos conceptuales es un aspecto importante del aprendizaje. En nuestro estudio, identificamos una base neuronal para este proceso, que en psicología cognitiva se denomina abstracción", afirma el doctor Hristos Courellis, investigador de Cedars-Sinai y primer autor del estudio.

Algunos sujetos no fueron capaces inicialmente de realizar la inferencia a partir de la experiencia con la tarea por sí sola. A estos sujetos, los investigadores les dieron instrucciones verbales que les permitieron inferir las respuestas correctas.

"Un descubrimiento notable fue que surgieron las mismas geometrías neuronales en los participantes que recibieron instrucciones verbales que en aquellos cuya capacidad de inferir se basó en el aprendizaje experimental", señaló el doctor Adam Mamelak, director del Programa de Neurocirugía Funcional y profesor de Neurocirugía del Cedars-Sinaí y coautor del estudio