Nadie sabe realmente cómo se reorganiza la actividad en su cerebro a medida que aprende nuevas tareas, pero una nueva investigación de la Universidad Carnegie Mellon y la Universidad de Pittsburgh revela que el cerebro tiene varios mecanismos y limitaciones por los cuales reorganiza su actividad neuronal cuando aprende sobre elcurso de unas pocas horas. La nueva investigación encuentra que, al aprender una nueva tarea, el cerebro es menos flexible de lo que se pensaba.
La investigación, publicada hoy en Neurociencia de la naturaleza , examinó los cambios que tienen lugar en el cerebro cuando se aprende una nueva tarea. Para ver realmente cómo cambia la actividad neuronal durante el aprendizaje, necesitamos mirar más grande, a las poblaciones de neuronas, en lugar de una neurona a la vez, que tieneha sido el enfoque estándar hasta la fecha
El equipo de investigación utilizó una interfaz cerebro-computadora BCI, donde los sujetos mueven un cursor en la pantalla de una computadora solo con el pensamiento. Al aprender a jugar un nuevo deporte, descubrieron que los sujetos aprendieron a controlar el cursor con mayor precisión con la prácticaLuego investigaron cómo cambió la actividad en el cerebro durante el aprendizaje que permitió un mejor rendimiento. Descubrieron que, en una escala de tiempo de unas pocas horas, el cerebro no reconfigura su actividad neuronal para maximizar la velocidad y precisión con la que se mueveel cursor
"En este paradigma experimental, podemos rastrear todas las neuronas que pueden conducir a mejoras conductuales y observar cómo cambian todas simultáneamente", dice Steve Chase, profesor asociado de ingeniería biomédica en Carnegie Mellon y el Centropara la base neuronal de la cognición ". Cuando hacemos eso, lo que vemos es un conjunto de cambios realmente limitados que suceden, y conduce a esta mejora subóptima del rendimiento. Y eso implica que hay límites que limitan la flexibilidad de sucerebro es, al menos en estas escalas de tiempo ".
Cuando estamos aprendiendo una nueva tarea, no podemos aprenderla instantáneamente a la competencia, en parte debido a la forma en que las neuronas están conectadas en el cerebro. El aprendizaje lleva tiempo, y existen mecanismos por los cuales las neuronas puedencambiar la forma en que se comunican entre sí para permitir el aprendizaje, algunos de los cuales pueden ser rápidos y otros pueden tomar más tiempo. El equipo descubrió que el cerebro opera bajo un conjunto de restricciones más estrictas de lo que se pensaba originalmente, lo que resulta en un buen aprendizajea corto plazo, pero sin embargo, un rendimiento subóptimo en el control del cursor BCI.
Imagine a una tenista cuyos amigos le han pedido que juegue squash. Cuando levanta la raqueta de squash, es más liviana que la raqueta de tenis a la que está acostumbrada y tiene un punto de equilibrio ligeramente diferente. Pero como es una buena jugadora de tenis, esta diferencia en las raquetas no hace que pierda la pelota por completo. Se ajusta rápidamente, pero no ha recogido inmediatamente la forma de swing de un jugador de squash. Para convertirse realmente en una experta, requerirá un largo período de entrenamientocon el nuevo equipo. Sin embargo, sus amigos experimentados en el juego de squash verán rápidamente que es una jugadora de tenis, porque hasta que aprenda la técnica adecuada, balanceará la raqueta de squash de la misma manera que lo haría con una raqueta de tenis.
"Así como lleva tiempo entrenar a una persona para que balancee una raqueta de squash como un experto, toma tiempo entrenar a las neuronas para producir los patrones de actividad ideales", dice Byron Yu, profesor asociado de ingeniería biomédica e ingeniería eléctrica e informática.en Carnegie Mellon. "Cuando nos enfrentamos a una nueva tarea, descubrimos que el cerebro está obligado a tomar los patrones de actividad neuronal que es capaz de generar en este momento y usarlos de la manera más eficaz posible en esta nueva tarea".
"Cuando aprendemos, al principio el cerebro tiende a no producir nuevos patrones de actividad, sino a reutilizar los patrones de actividad que ya sabe cómo generar", dice Aaron Batista, profesor asociado del Departamento de Bioingeniería de la Universidad de Pittsburgh"Aprender en el transcurso de unas pocas horas es subóptimo. Cuando aprendemos algo nuevo por primera vez, nuestro cerebro no parece ser capaz de cambiar su actividad de la mejor manera posible para permitirnos ser competentes en nuevas habilidades ..."
Adquirir una habilidad es muy difícil, y lleva mucho tiempo y mucha práctica. Pero cuando comienzas a aprender una nueva habilidad, tu cerebro tiene que adaptarse rápidamente a la nueva tarea. Los investigadores descubrieron queel cerebro está obligado a tomar patrones de actividad neuronal que ya conoce y usarlos para la nueva tarea. Al reutilizar los patrones neuronales que el cerebro ya es capaz de generar, el cerebro aplica una "solución rápida y sucia" al nuevo problema que enfrenta.
"Ninguno de nosotros predijo este resultado", dice Matthew Golub, investigador postdoctoral en ingeniería eléctrica e informática en Carnegie Mellon. "El aprendizaje es mucho más limitado en la escala de unas pocas horas de lo que ninguno de nosotros esperábamos cuando comenzamos estoTodos estábamos sorprendidos de que el cerebro no pudiera elegir la mejor estrategia posible "
La investigación se realizó en colaboración con el Center for Neural Basis of Cognition, un programa de investigación y educación interuniversitario entre Carnegie Mellon y la Universidad de Pittsburgh que aprovecha las fortalezas de cada institución para investigar los mecanismos cognitivos y neuronales que dan lugar a los mecanismos biológicosinteligencia y comportamiento.
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Materiales proporcionados por Universidad Carnegie Mellon . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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