Descifran las vías neuronales de la flexibilidad cognitiva entre especies
CIENCIAS DE LA SALUD / NEUROLOGÍA.
La capacidad de transferir el aprendizaje de experiencias previas a circunstancias novedosas representa uno de los aspectos más fundamentales de la flexibilidad cognitiva y es vital para la supervivencia de las especies.
Sin embargo, hasta ahora, los mecanismos neuronales subyacentes que conectan diferentes regiones cerebrales en roedores, primates y humanos han contado con poca información sobre similitudes y diferencias entre cada uno de estos tres grupos.
Recreación artística de dos neuronas, cada una perteneciente a una especie animal distinta. Ilustración: Amazings / NCYT
Unos neurocientíficos han llevado a cabo un exhaustivo estudio de revisión de resultados de investigaciones que les ha permitido determinar en diferentes especies la configuración de los complejos mecanismos neuronales que permiten la generalización cognitiva. Esta es la capacidad de adaptar el aprendizaje de experiencias previas a nuevos escenarios.
En el nuevo estudio se han confeccionado mapas de estas vías neuronales desde el hipocampo hasta la corteza. Los resultados del estudio aportan conocimientos que podrían transformar potencialmente la idea que la comunidad médica tiene de enfermedades como la de Alzheimer y los trastornos del espectro autista.
"La generalización cognitiva es esencialmente cómo los organismos toman lo que han aprendido y lo aplican a nuevas situaciones", explica la Dra. Zhenzhen Quan del Instituto Tecnológico de Pekín en China, coautora del estudio. "Si bien esta flexibilidad mental mejora la supervivencia, la arquitectura neural que la sustenta ha sido una especie de caja negra hasta hace poco".
El equipo de investigación analizó exhaustivamente datos de numerosos estudios realizados en roedores, primates no humanos y humanos para establecer un marco cohesivo con el fin de entender cómo diferentes regiones cerebrales contribuyen a la generalización cognitiva.
Los hallazgos del equipo revelan que el hipocampo desempeña un papel crítico en la generalización cognitiva a través de dos procesos clave: el recartografiado y la reproducción.
"Nuestro análisis muestra que la actividad de recartografiado hipocampal (donde las neuronas reorganizan sus patrones de activación en respuesta a nuevos entornos) crea reglas abstractas durante la generalización", señala el Dr. Da Song, coautor del estudio. "Diferentes subregiones hipocampales manejan distintos tipos de memoria, permitiendo un procesamiento especializado de las experiencias".
Los investigadores descubrieron que durante cierto patrón distintivo de ondas cerebrales, el hipocampo reproduce experiencias en secuencias temporales comprimidas. Este mecanismo de reproducción parece ser fundamental para extraer características comunes entre diferentes experiencias, formando la base para la generalización.
¿Podrían estos patrones de reproducción hipocampal servir como potenciales biomarcadores para la detección temprana de enfermedades neurodegenerativas? Los autores del estudio sugieren que esta posibilidad merece una exploración más profunda, especialmente teniendo en cuenta las alteraciones de estos patrones observadas en enfermedades como la de Alzheimer.
En el estudio, se ha prestado especial atención a tres áreas corticales críticas involucradas en la generalización cognitiva:
- Corteza prefrontal. Resulta esencial para la categorización basada en reglas en todas las especies estudiadas, procesando abstracciones tanto de bajo como de alto nivel que permiten a los organismos identificar patrones en diversas experiencias. "La corteza prefrontal demuestra una notable consistencia entre especies en su papel de abstraer reglas a partir de experiencias", explica el profesor Hong Qing, del Instituto Tecnológico de Pekín y coautor del estudio. "Esta conservación evolutiva sugiere su importancia fundamental para la flexibilidad cognitiva".
- Corteza orbitofrontal: Impulsa la toma de decisiones basada en valores y decisiones basadas en conceptos, ayudando a los organismos a determinar qué experiencias vale la pena generalizar en función de resultados previamente aprendidos.
- Corteza parietal posterior: Guía la generalización a través del procesamiento perceptual de experiencias pasadas, sirviendo como un búfer de historia sensorial que influye en cómo se categorizan las nuevas percepciones.
Lo que hace particularmente significativos estos hallazgos es la identificación de los circuitos neuronales integrados que conectan estas regiones. La investigación demuestra cuán similares son estas estructuras cerebrales y sus comportamientos asociados entre especies, sugiriendo una conservación evolutiva de estos mecanismos cognitivos críticos.
Implicaciones para trastornos neurológicos.
El análisis del equipo va más allá de la función cerebral normal para examinar cómo las alteraciones en la generalización cognitiva se manifiestan en varios trastornos neurológicos.
"Los pacientes con enfermedad de Alzheimer muestran un deterioro significativo en la generalización de la memoria, que se correlaciona con la pérdida de volumen hipocampal", señala la Dra. Quan. "De manera similar, las personas con trastorno del espectro autista a menudo luchan con la abstracción de reglas y la formación de representaciones prototípicas, reflejando una posible disfunción en el procesamiento prefrontal".
Estas conexiones entre los déficits de generalización cognitiva y los trastornos neurológicos abren nuevas vías para posibles enfoques diagnósticos e intervenciones terapéuticas. ¿Podría un entrenamiento que específicamente se dirija a los procesos de generalización ayudar a mitigar los síntomas en estos trastornos? Para responder a esta pregunta habrá que realizar más estudios en esta línea de investigación.
Los autores del nuevo estudio sugieren varias direcciones prometedoras para investigaciones adicionales en esta línea, incluyendo un cartografiado más detallado de las conexiones hipocampo-corticales que ayudan al proceso de la generalización, así como el desarrollo de enfoques terapéuticos dirigidos a estas redes.
"Comprender las bases neuronales de la generalización cognitiva podría conducir a intervenciones novedosas para enfermedades donde la flexibilidad en el pensamiento está deteriorada", sugiere el Profesor Qing. "Nuestro próximo desafío es traducir estos conocimientos en aplicaciones prácticas que puedan beneficiar a los pacientes".
Al tender un puente entre los modelos animales y los estudios humanos, la investigación proporciona un marco traslacional que podría acelerar el desarrollo de nuevos enfoques terapéuticos.
El estudio se titula “Neural mechanisms of cognitive generalization across species: From hippocampus to cortex”. Y se ha publicado en la revista académica Brain Medicine. (Fuente: Genomic Press).
Sitio Fuente: NCYT de Amazings