Los neurocientíficos han revelado cómo la información sensorial se transforma en acción motora en múltiples regiones del cerebro de ratones. La investigación del Sainsbury Wellcome Center de la UCL muestra que la toma de decisiones es un proceso global en el cerebro que se integra a través del aprendizaje. Estos hallazgos pueden ayudar a la investigación de inteligencia artificial sobre cómo diseñar redes neuronales más distribuidas.
“Este trabajo combina conceptos previamente descritos para regiones cerebrales individuales en un enfoque integrado que se mapea en la dinámica neuronal de todo el cerebro. Ahora tenemos una imagen más completa de lo que sucede en el cerebro porque las entradas sensoriales “Pit se convierte en una acción a través de un proceso de decisión”. “, explicó el profesor Tom Musk-Flugel, director del Centro de Bienvenida de Sainsbury’s en la UCL y autor correspondiente del artículo.
El estudio se publica hoy. la naturalezadescribe cómo los investigadores utilizaron sondas neuropixles, una tecnología de vanguardia que permite registrar simultáneamente cientos de neuronas en múltiples regiones del cerebro, para ayudar a los participantes en una tarea de toma de decisiones. El trabajo, desarrollado por la Dra. Ivana Orsulic del SWC, permitió al equipo distinguir entre procesamiento sensorial y control motor. Los investigadores también revelaron la contribución del aprendizaje al estudiar animales entrenados en la tarea y compararlos con animales ingenuos.
“A menudo tomamos decisiones basadas en pruebas ambiguas. Por ejemplo, cuando empieza a llover, hay que decidir con qué frecuencia deben caer las gotas de lluvia antes de abrir el paraguas. Las decisiones cognitivas del cerebro”, explicó el Dr. Michael Lohs, Sir Henry Wellcome. Becario postdoctoral en SWC y primer autor conjunto del artículo.
Se entrenó a ratas para que permanecieran quietas mientras observaban un patrón visual moverse en la pantalla. Para recibir una recompensa, las ratas tuvieron que lamer un pico cuando detectaron un aumento continuo en la velocidad de movimiento del patrón visual. La tarea fue diseñada de modo que la velocidad del movimiento nunca fuera constante, sino que fluctuara constantemente. El momento del aumento medio de la velocidad también varió de una prueba a otra, de modo que las ratas no podían simplemente recordar cuándo se produjo el aumento sostenido. Así, las ratas debían prestar atención constantemente al estímulo e integrar la información para saber si la velocidad había aumentado o no.
“Al entrenar a los ratones para que se quedaran quietos, el análisis de los datos que pudimos realizar fue muy limpio y este trabajo nos permitió ver cómo las neuronas fluctuaban aleatoriamente en velocidad antes de que los ratones realizaran una acción. En ratones entrenados, encontramos que no No había una sola región del cerebro que agregara evidencia sensorial u orquestara la acción sensorial y el inicio de la acción”, explicó el Dr. Andrey Khalkevitch, investigador principal en el laboratorio de la Sra. Flugel y coautor del artículo.
Los investigadores grabaron varias veces de cada ratón y recopilaron datos de más de 15.000 células en 52 regiones del cerebro en 15 ratones entrenados. Para ver el aprendizaje, el equipo también comparó los resultados con grabaciones de ratones.
“Descubrimos que cuando las ratas no saben lo que significa un estímulo visual, solo representan la información en el sistema visual del cerebro y en algunas regiones del cerebro y del cerebro. Cuando aprenden la tarea, las células integran la evidencia en todo el proceso. cerebro, explicó la Dra. Lucey.
En este estudio, el equipo solo observó animales ingenuos y aquellos que habían aprendido completamente la tarea, pero en trabajos futuros esperan aprender cómo se produce el aprendizaje mediante el seguimiento de las neuronas a lo largo del tiempo. tarea. . Los investigadores también están explorando si regiones cerebrales específicas sirven como puntos focales para establecer estas conexiones entre sentimientos y acciones.
Varias preguntas adicionales planteadas por el estudio incluyen cómo el cerebro incorpora la expectativa de cuándo una muestra visual se acelerará de modo que los animales solo respondan a los estímulos cuando la información sea relevante. El equipo planea estudiar más a fondo estas preguntas utilizando el conjunto de datos que recopilaron.
Este estudio fue financiado por los premios Wellcome (217211/Z/19/Z y 224121/Z/21/Z) y subvenciones básicas de Gatsby Charitable Foundation (GAT3755) y Wellcome (219627/Z/19/Z) a Sainsbury Wellcome. Centro. La financiación fue proporcionada por ).
