Patrones de Inteligencia

LOS ANGELES (Aug. 14, 2024) — La actividad coordinada de las células cerebrales, como la de los pájaros que vuelan en formación, nos ayuda a comportarnos de forma inteligente en situaciones nuevas, de acuerdo con un estudio dirigido por investigadores de Cedars-Sinai. El trabajo, publicado en la revista revisada por pares Nature, es el primero en iluminar los procesos neurológicos conocidos como abstracción e inferencia en el cerebro humano.

“La abstracción nos permite ignorar 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, doctor, profesor y catedrático de Neurociencias de Cedars-Sinai y coautor del estudio. “Ambas son partes importantes de la cognición y el aprendizaje”.

Los seres humanos suelen utilizar estos dos procesos cognitivos juntos para aprender rápidamente sobre nuevos entornos y actuar adecuadamente en ellos. Un ejemplo de ello es un conductor estadounidense que alquila un coche en Londres por primera vez.

“Los ingleses conducen por el lado derecho del coche y por la izquierda de la calle, lo contrario de lo que hacemos en EE.UU.”, explica Rutishauser. “Para alguien de EE.UU., conducir en Londres significa invertir muchas de las reglas que ha aprendido, y hacer ese cambio mental requiere abstracción para centrarse en el lado de la conducción, y hacer inferencias para evitar meterse directamente en el tráfico que viene de frente”.

En el estudio, los investigadores trabajaron con 17 pacientes hospitalizados a los que se habían implantado quirúrgicamente electrodos en el cerebro como parte de un procedimiento para diagnosticar la epilepsia. En total, los investigadores registraron el disparo de miles de células cerebrales mientras los participantes realizaban una tarea de inferencia en un ordenador.

“Se trata de formas geométricas tridimensionales que no podemos imaginar ni visualizar en un monitor de computadora”, explica el doctor Stefano Fusi, investigador principal del Zuckerman Mind Brain Behavior Institute de la Universidad de Columbia y coautor del estudio. “Pero podemos utilizar técnicas matemáticas para visualizar representaciones simplificadas de ellos en 3D”.

Durante las grabaciones, se mostraron repetidamente a los participantes cuatro imágenes: una persona, un mono, un coche y una sandía. En respuesta a cada imagen, se les pedía que pulsaran un botón a la izquierda o a la derecha. A continuación, recibían un mensaje de “correcto” o “incorrecto”.

Mediante la repetición, los participantes acababan aprendiendo la respuesta correcta para cada una de las cuatro imágenes. En ese momento, se invertían las reglas del juego sin informar a los participantes, y la respuesta opuesta para cada imagen se contaba como correcta.

Tras el cambio, algunos participantes fueron capaces de descifrar rápidamente el cambio de regla e inferir las respuestas correctas sin volver a aprenderlas, lo que significa que realizaron la inferencia.

Los investigadores observaron sorprendentes patrones geométricos en los cerebros de esos participantes. Grupos de neuronas se disparaban juntas, como pájaros que vuelan en formación o como una multitud que entona espontáneamente un cántico en un acontecimiento deportivo. La forma en que las neuronas coordinaban su actividad y codificaban la información pertinente indicaba que los sujetos habían adquirido los conocimientos conceptuales necesarios para realizar la tarea. Los investigadores no observaron patrones de este tipo en los cerebros de los participantes que no tuvieron éxito en el uso de la inferencia.

“La adquisición de conocimientos conceptuales es un aspecto importante del aprendizaje”, afirma el doctor Hristos Courellis, investigador de Cedars-Sinai y primer autor del estudio. “En nuestro estudio, identificamos una base neuronal para este proceso, que en psicología cognitiva se denomina abstracción”.

Algunos sujetos no fueron capaces inicialmente de realizar la inferencia a partir de la experiencia con la tarea por sí sola. A estos sujetos, los investigadores les dieron instrucciones verbales que les permitieron inferir las respuestas correctas.

“Un descubrimiento notable fue que surgieron las mismas geometrías neuronales en los participantes que recibieron instrucciones verbales que en aquellos cuya capacidad de inferir se basó en el aprendizaje experimental”, señaló el doctor Adam Mamelak, director del Programa de Neurocirugía Funcional y profesor de Neurocirugía del Cedars-Sinaí y coautor del estudio. “Este descubrimiento tan importante demuestra que la información verbal puede dar lugar a representaciones neuronales que, de otro modo, tardarían mucho tiempo en aprenderse a través de la experiencia”.

El estudio, que se basó en datos de Cedars-Sinai y de la Universidad de Toronto, fue dirigido por Cedars-Sinai y llevado a cabo como parte de un consorcio multiinstitucional financiado por los Institutos Nacionales de Salud The Brain Research Through Advancing Innovative Neurotechnologies Initiative, o The BRAIN Initiative.

“Este estudio aporta nuevos conocimientos sobre la forma en que nuestro cerebro nos permite aprender y realizar tareas con flexibilidad y en respuesta a condiciones y experiencias cambiantes”, comentó el doctor Merav Sabri, director del programa de la Iniciativa BRAIN. “Estos conocimientos se basan en el cúmulo de aprendizajes que algún día podrían conducirnos a intervenciones para afecciones neurológicas y psiquiátricas que implican déficits en la memoria y la toma de decisiones”.

Una sorpresa para los investigadores fue el descubrimiento de que estos patrones particulares de actividad cerebral surgieron sólo en el hipocampo, una región profunda en el centro del cerebro que se sabe que es crucial para la formación de nuevos recuerdos a largo plazo.

“Nuestro hallazgo amplía nuestros conocimientos sobre la función del hipocampo en el aprendizaje”, afirma Rutishauser. “Se trata de la primera demostración directa de la implicación del hipocampo humano en el aprendizaje de conocimientos abstractos y conductas de inferencia. Muchas afecciones neurológicas, como la enfermedad de Alzheimer, el trastorno obsesivo-compulsivo y la esquizofrenia, afectan a esta región cerebral, y nuestro hallazgo podría ayudar a explicar el deterioro en la toma de decisiones que observamos en estos pacientes.”

Otros autores de Cedars-Sinai son Juri Minxha y Chrystal M. Reed.

Otros autores del estudio son Araceli R. Cardenas, Daniel Kimmel, Taufik A. Valiante y C. Daniel Salzman.

Financiamiento: Este trabajo ha sido financiado por The BRAIN Initiative a través de la Oficina del Director de los NIH (U01NS117839 a U.R.) y la Simons Foundation Collaboration on the Global Brain (a S.F., y U.R.).

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