Los estudios en ratones proporcionan información sobre cómo se comunican las neuronas durante el proceso de toma de decisiones.
Los investigadores han descubierto nuevos conocimientos sobre la forma en que las células cerebrales, o neuronas, se comunican durante la toma de decisiones y cómo los vínculos entre estas neuronas pueden fortalecer una decisión.
El estudio, realizado en ratones y dirigido por neurocientíficos de la Facultad de Medicina de Harvard, es el primero en combinar análisis estructurales, funcionales y conductuales para explorar cómo las conexiones entre neuronas apoyan la toma de decisiones.
Los hallazgos fueron publicados recientemente en la revista la naturaleza.
«Cómo se organiza el cerebro para ayudar a tomar decisiones es una cuestión importante y fundamental, y los circuitos neuronales (cómo se conectan las neuronas entre sí) en regiones del cerebro importantes para la toma de decisiones no se comprenden bien», dijo Wei. Chung Allen Lee es profesor asistente de neurobiología en el Instituto Blavatnik de HMS y profesor de neurología en el Boston Children’s Hospital. Lee es coautor principal del artículo junto con Christopher Harvey, profesor de neurobiología en HMS, y Stefano Panzeri, profesor del Centro Médico Universitario de Hamburgo-Eppendorf.
Izquierda: Mouse mira y decide qué camino tomar mientras navega por un laberinto en forma de T en realidad virtual. Derecha: Los datos estructurales muestran neuronas codificadas por colores aleatoriamente en la corteza parietal posterior parpadeando como fuego durante una tarea de laberinto. Crédito: Aaron Kwan
En la investigación, se pidió a las ratas que eligieran en qué camino de un laberinto encontrar una recompensa. Los investigadores descubrieron que la decisión de un ratón de ir hacia la izquierda o hacia la derecha activa grupos sucesivos de neuronas, culminando en la supresión de las neuronas asociadas con la elección opuesta.
Estas conexiones específicas entre grupos de neuronas pueden ayudar a dar forma a las decisiones al cerrar vías neuronales para opciones alternativas, dijo Lee.
Nace una fructífera colaboración
Fue un encuentro casual en un banco afuera de su edificio durante un simulacro de incendio lo que llevó a Harvey y Lee a darse cuenta de la naturaleza complementaria de su trabajo. Ese día formaron una colaboración que pospuso el nuevo trabajo.
El laboratorio de Harvey utiliza ratones para estudiar los aspectos funcionales y de comportamiento de la toma de decisiones. Los experimentos típicos implican colocar un ratón en un laberinto de realidad virtual y registrar la actividad neuronal mientras se toman decisiones. Tales experimentos han demostrado que conjuntos de neuronas diferentes, pero interrelacionadas, se activan cuando un animal elige izquierda o derecha.
Lee trabaja en un nuevo campo de la neurociencia llamado conectómica, cuyo objetivo es mapear de manera integral las conexiones entre las neuronas del cerebro. El objetivo es descubrir «qué neuronas se comunican entre sí y cómo están organizadas en redes», dijo.
Combinando su experiencia, Harvey y Lee pudieron profundizar en los diferentes tipos de neuronas implicadas en la toma de decisiones y en cómo están conectadas estas neuronas.
Elegir una dirección
El nuevo estudio se centró en un área en la parte posterior del cerebro llamada corteza parietal, un «centro integrado» que Lee describe como recibir y procesar información recopilada de múltiples sentidos para ayudar a los animales a tomar decisiones.
«Estamos interesados en comprender cómo surge la dinámica neuronal en esta región del cerebro, que es importante para la toma de decisiones de navegación», dijo Lee.
«Estamos buscando reglas de conectividad: principios simples que proporcionen la base para los cálculos del cerebro al tomar decisiones».
El laboratorio de Harvey registró la actividad neuronal mientras las ratas recorrían un laberinto en forma de T en realidad virtual. Una señal que ocurrió varios segundos antes indicó a las ratas si la recompensa estaba en el brazo izquierdo o derecho de la T. El laboratorio de Lee utilizó potentes microscopios para mapear las conexiones estructurales entre las mismas neuronas registradas durante la tarea del laberinto.
Al combinar los métodos, los investigadores distinguieron las neuronas excitadoras, que activan otras células, de las neuronas inhibidoras, que suprimen otras células. Descubrieron que un conjunto específico de neuronas excitadoras se activa cuando el ratón decide girar a la derecha, y estas neuronas de «giro a la derecha» activan un conjunto de neuronas inhibidoras que suprimen la actividad en las neuronas de «giro a la izquierda». Lo contrario ocurrió cuando el ratón decidió girar a la izquierda.
«Cuando el animal expresa una elección, el cableado del circuito neuronal ayuda a estabilizar esa elección al suprimir otras opciones», dijo Lee. «Este puede ser un mecanismo que ayude al animal a gestionar la decisión y prevenir ‘cambios de mente'».
Los hallazgos deben confirmarse en humanos, aunque Lee espera cierta conservación.
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Los investigadores miran varias direcciones para futuras investigaciones. Uno de ellos está explorando las conexiones entre neuronas implicadas en la toma de decisiones en otras regiones del cerebro.
Usamos estas técnicas experimentales combinadas para descubrir una ley de conectividad y ahora queremos encontrar otras», dijo Lee.
Referencia: Aaron T. Kwan, Giulio Bondanelli, Laura N. Driscoll, Julie Han, Minsu Kim, David GC Hildebrand, Brett J. Graham, Daniel E. «Motivos de cableado sináptico en la corteza parietal posterior que apoyan la toma de decisiones» por Wilson, Logan A. Thomas, Stefano Panzeri, Christopher D. Harvey y Wei-chung Allen Lee, 21 de febrero de 2024, la naturaleza.
DOI: 10.1038/s41586-024-07088-7
Los autores adicionales del artículo incluyen a Aaron Kwan, Giulio Bondanelli, Laura Driscoll, Julie Han, Minsu Kim, David Hildebrand, Brett Graham, Daniel Wilson y Logan Thomas.
La investigación fue apoyada por los NIH (R01NS108410; DP1MH125776; R01NS089521; RF1MH114047; F32MH118698; K99EB032217). Estudio de trastornos neurodegenerativos y la Fundación Stanley H. y Theodora L. Feldberg.
La Universidad de Harvard presentó una solicitud de patente para Gridtape (WO2017184621A1) en nombre de Lee, Hildebrand y Graham y negoció acuerdos de licencia con socios interesados.