Los pensamientos son como "aves en formación"
El proceso para deducir el vínculo entre dos eventos, ya sea la relación entre el mal tiempo y los retrasos en el aeropuerto o cómo cambiar la forma de conducir –con el volante a la izquierda– si visitamos el Reino Unido, es fundamental para el cerebro. Y para nuestra supervivencia. Lo complejo es comprender cómo funciona exactamente.
Ahora, un nuevo trabajo, publicado en «Nature», ha utilizado registros eléctricos de más de 3.000 neuronas en 17 voluntarios con epilepsia que se sometieron a un monitoreo invasivo para localizar las fuentes de sus convulsiones. Gracias a ello se ha comprobado cómo las neuronas facilitan el razonamiento inferencial. Se trata del primer estudio que permite comprender los procesos neurológicos conocidos como abstracción e inferencia en el cerebro humano. «La abstracción nos permite ignorar los 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, coautor del estudio–. «Ambos son partes importantes de la cognición y el aprendizaje».
Los autores, liderados por Stefano Fusi, obtuvieron un «conjunto de datos excepcionalmente revelador que nos permite por primera vez monitorear cómo las células del cerebro representan un proceso de aprendizaje crítico para el razonamiento inferencial», señala Fusi.
De acuerdo con el estudio, la actividad coordinada de las células cerebrales, como pájaros que vuelan en formación, nos ayuda a comportarnos de manera inteligente en situaciones nuevas.
Para llegar a estos resultados a los voluntarios se les mostraron repetidamente cuatro imágenes: una persona, un mono, un coche y una sandía. En respuesta a cada imagen se les pidió que pulsaran un botón de la izquierda o de la derecha. A continuación, los participantes recibieron un mensaje de «correcto» o «incorrecto».
A través de la repetición, los participantes acabaron aprendiendo la respuesta correcta para cada una de las cuatro imágenes. Pero una vez que ya habían aprendido el mecanismo, se invirtieron las reglas del juego y la respuesta opuesta para cada imagen se contabilizó como correcta.
Después del cambio, algunos participantes pudieron averiguar rápidamente el cambio de reglas y deducir las respuestas correctas sin volver a aprenderlas, lo que significa que realizaron inferencias.
Pero lo interesante es que el equipo de Fusi descubrió patrones geométricos en los cerebros de esos participantes. Los grupos de neuronas se activaban al mismo tiempo, como pájaros que vuelan en formación o una multitud de personas que cantan espontáneamente en un evento deportivo. La forma en que las neuronas coordinaban su actividad y codificaban la información relevante indicaba que los voluntarios habían adquirido el conocimiento conceptual necesario para realizar la tarea. Sin embargo, estos patrones no se detectaron en aquellos que no dedujeron el cambio de reglas.
«Un descubrimiento notable fue que surgieron las mismas geometrías neuronales en los participantes que recibieron instrucciones verbales y en aquellos cuya capacidad de inferir se basó en el aprendizaje experiencial» –añaden los autores–. «Este descubrimiento crucial muestra que la información verbal puede dar lugar a representaciones neuronales que de otro modo podrían tardar mucho tiempo en aprenderse a través de la experiencia. Los resultados proporcionan nuevos conocimientos sobre cómo nuestros cerebros nos permiten aprender y realizar tareas de manera flexible y en respuesta a condiciones y experiencias cambiantes».
Pero estos patrones no se observaron en todo el cerebro, solo fueron detectadas en el hipocampo. Se trata de algo sorprendente ya que esta región ha sido considerada durante mucho tiempo como el lugar del cerebro para generar mapas neuronales de espacios físicos. Los nuevos hallazgos muestran que también puede construir mapas cognitivos.
Otro resultado igual de inesperado es que los voluntarios aprendieron las reglas asociativas entre imágenes y botones sólo a través de instrucciones verbales y no a partir de la experiencia de ensayo y error y aun así en el hipocampo se veían los mismos patrones en ambos casos. Esta característica, según el estudio, es importante porque si bien los seres humanos a menudo aprenden unos de otros a través de intercambios verbales, se sabe poco sobre cómo modifica los patrones neuronales.
«La instrucción verbal es la forma en que construimos conocimiento sobre cosas que nunca hemos experimentado realmente» – agrega Fusi –. «Nuestro trabajo ahora muestra que dan como resultado representaciones neuronales estructuradas muy similares en comparación con las que resultan del aprendizaje experiencial». En pocas palabras, a nivel neuronal, aprender de la experiencia y hacerlo desde las instrucciones que recibimos funciona de un modo similar.
Los investigadores enfatizan que ninguno de estos descubrimientos habría sido posible sin la colaboración y la participación voluntaria de pacientes que sufren epilepsia resistente a los medicamentos y que estaban en el hospital después de una cirugía con unos electrodos que fueron implantados temporalmente.