Los científicos ayudan a descubrir mecanismos neuronales de la visión
Cuando nos encontramos con imágenes que se desvían de los patrones previstos, como una señal de “prohibido el paso” en lugar de la esperada señal de stop, ¿cómo responde y reacciona el cerebro en contraste con la exposición a imágenes que se ajustan a las predicciones?
Investigadores de la Universidad de York se embarcaron en la búsqueda de una respuesta a esta pregunta fundamental. Según la teoría predominante, el cerebro construye un modelo predictivo del mundo, y este modelo se ajusta cuando los datos sensoriales entrantes lo contradicen.
Pero los resultados de la investigación, detallados en un artículo publicado recientemente, sorprendieron a los investigadores, entre ellos Joel Zylberberg, profesor asociado de la Facultad de Ciencias de York y coautor del artículo.
Mediciones a largo plazo de señales descendentes a áreas sensoriales
En opinión de Zylberberg, poner a prueba esta teoría planteaba dificultades, ya que era necesario medir las señales ascendentes de las áreas sensoriales del cerebro durante periodos prolongados.
Para averiguar cómo aprende el cerebro nuevos patrones sensoriales, los investigadores utilizaron un modelo de ratón que mostraba patrones visuales durante varios días e introducía imágenes que se desviaban de esos patrones. La atención se centró en el córtex visual, donde se gestiona la información visual procesada por la retina.
Algunos investigadores, entre ellos Zylberberg, están afiliados al grupo de Aprendizaje en Máquinas y Cerebros del Instituto Canadiense de Investigación Avanzada. Esta investigación se llevó a cabo en el marco del Observatorio del Cerebro y el programa OpenScope del Instituto Allen para la Ciencia del Cerebro, una especie de observatorio para el estudio del cerebro a través de datos compartidos, similar a la colaboración entre astrónomos para explorar el universo.
Con el tiempo, las dendritas apicales distales ganan sensibilidad a las señales que violan patrones
Se tomaron medidas en las dendritas apicales distales y los cuerpos celulares de las neuronas de la corteza visual, evaluando cómo procesaban las señales coincidentes y las que violaban patrones. Con el tiempo, los resultados revelaron una sorprendente evolución de la respuesta del cerebro a las imágenes que violan patrones: las dendritas apicales distales se volvieron cada vez más sensibles a estas señales, mientras que los cuerpos celulares perdieron su fuerte sensibilidad inicial.
Como conclusión, Zylberberg, neurocientífico computacional, señala que este descubrimiento podría aportar datos cruciales sobre la computación sensorial y el aprendizaje predictivo en el cerebro. Los hallazgos sugieren que distintas formas de estímulos que violan patrones pueden provocar distintos errores de predición, desvelando un componente hasta ahora desconocido del papel del cerebro en el aprendizaje sensorial. Estos conocimientos son importantes para mejorar los algoritmos y aplicaciones de aprendizaje automático, lo que podría contribuir a la restauración de la visión.
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