Los investigadores descubren un mecanismo para almacenar y utilizar el conocimiento visual en el cerebro

Nuestro cerebro interpreta la información visual combinando lo que vemos con lo que ya sabemos. Un estudio publicado en la revista Neurona por investigadores de la Fundación Champalimaud, y apoyado por CaixaResearch Saúde do la caja Foundation, revela un mecanismo para aprender y almacenar este conocimiento existente sobre el mundo. Descubrieron que las neuronas están conectadas para conectar conceptos aparentemente no relacionados. Esta conexión podría ser crucial para aumentar la capacidad del cerebro para predecir lo que vemos en función de experiencias pasadas y acercarnos un paso más a la comprensión de cómo este proceso funciona mal en los trastornos de salud mental.

¿Cómo aprendemos a darle sentido a nuestro entorno? Con el tiempo, nuestro cerebro construye una jerarquía de conocimiento, con conceptos de orden superior vinculados a las características de orden inferior que los componen. Por ejemplo, aprendimos que los armarios contienen cajones y que los perros dálmatas tienen marcas blancas y negras, y no al revés. Esta estructura interconectada da forma a nuestras expectativas y percepción del mundo, permitiéndonos identificar lo que vemos en función del contexto y la experiencia.

«Tomemos un elefante», dice Leopoldo Petreanu, autor principal del estudio. la caja– estudio financiado. «Los elefantes están asociados con atributos de orden inferior, como el color, el tamaño y el peso, así como con contextos de orden superior, como selvas o safaris. Conectar conceptos nos ayuda a comprender el mundo e interpretar estímulos ambiguos. Si estás en un safari, Puede ser más probable que veas un elefante detrás de los arbustos que de otra manera. Del mismo modo, saber que es un elefante hace que sea más probable que lo percibas como gris, incluso en la tenue luz del crepúsculo. ¿El conocimiento previo se almacena y cómo se aprende?

El sistema visual del cerebro consta de una red de áreas que trabajan juntas, donde las áreas inferiores se ocupan de detalles simples (por ejemplo, pequeñas regiones del espacio, colores, bordes) y las áreas superiores representan conceptos más complejos (por ejemplo, regiones más grandes del espacio). animales, rostros). Las células en áreas superiores envían conexiones de «retroalimentación» a áreas inferiores, colocándolas en condiciones de aprender e incorporar relaciones del mundo real moldeadas por la experiencia. Por ejemplo, las células que codifican un «elefante» pueden enviar retroalimentación a las células que procesan características como «gris», «grande» y «pesado». Por ello, los investigadores han comenzado a investigar cómo la experiencia visual influye en la organización de estas proyecciones de retroalimentación, cuyo papel funcional sigue siendo en gran medida desconocido.

Queríamos entender cómo estas proyecciones de retroalimentación almacenan información sobre el mundo. Para hacer esto, examinamos los efectos de la experiencia visual en las proyecciones de retroalimentación a un área visual inferior llamada V1 en ratones. Criamos dos grupos de ratones de manera diferente: uno en un ambiente normal con exposición regular a la luz y el otro en la oscuridad. Luego observamos cómo las conexiones de retroalimentación y las células a las que se dirigen en V1 respondieron a diferentes regiones del campo visual».

Rodrigo Dias, uno de los primeros autores del estudio

En ratones criados en la oscuridad, las conexiones de retroalimentación y las células V1 directamente debajo de ellas representaban las mismas áreas del espacio visual. La primera autora, Radhika Rajan, retoma la historia: «Fue increíble ver qué tan bien coincidían las representaciones espaciales de las áreas superiores e inferiores en ratones criados en la oscuridad. Esto sugiere que el cerebro tiene un modelo genético inherente para organizar estas conexiones espacialmente alineadas. independientemente de la información visual”. Sin embargo, en ratones criados normalmente, estas conexiones coincidían con menos precisión y más entradas de retroalimentación transmitían información desde las áreas circundantes del campo visual.

Rajan continúa: «Descubrimos que con la experiencia visual, la retroalimentación proporciona información más contextual y novedosa, lo que aumenta la capacidad de las células V1 para muestrear información de un área más amplia de la escena visual». Este efecto dependía del origen dentro del área visual más alta: las proyecciones de retroalimentación de las capas más profundas tenían más probabilidades de transmitir información circundante en comparación con las de las capas superficiales.

Además, el equipo descubrió que en ratones criados normalmente, las entradas de retroalimentación de capas profundas a V1 se organizan de acuerdo con los patrones que «prefieren» ver, como líneas verticales u horizontales. «Por ejemplo», dice Dias, «las entradas que prefieren líneas verticales evitan enviar información circundante a áreas ubicadas a lo largo de la dirección vertical. Por el contrario, no encontramos tal sesgo en la conectividad en ratones criados en la oscuridad».

«Esto sugiere que la experiencia visual juega un papel crucial en el ajuste de las conexiones de retroalimentación y la configuración de la información espacial transmitida desde las áreas visuales superiores a las inferiores», señala Petreanu. «Desarrollamos un modelo computacional que muestra cómo la experiencia conduce a un proceso de selección, reduciendo las conexiones entre la retroalimentación y las células V1 cuyas representaciones se superponen demasiado. Esto minimiza la redundancia, permitiendo que las células V1 integren una gama más diversa de retroalimentación».

Quizás de manera contraria a la intuición, el cerebro puede codificar el conocimiento aprendido conectando células que representan conceptos no relacionados y que es menos probable que se activen juntas en función de patrones del mundo real. Esta podría ser una forma energéticamente eficiente de almacenar información, de modo que cuando se encuentre con un nuevo estímulo, como un elefante rosa, el cableado precableado del cerebro maximice la activación, mejorando la detección y actualizando las predicciones sobre el mundo.

Identificar esta interfaz cerebral donde el conocimiento previo se combina con nueva información sensorial podría ser valioso para desarrollar intervenciones en los casos en que este proceso de integración no funcione bien. Como concluye Petreanu, «se cree que tales desequilibrios ocurren en condiciones como el autismo y la esquizofrenia. En el autismo, los individuos pueden percibir todo como nuevo porque la información previa no es lo suficientemente fuerte como para influir en la percepción. Por el contrario, en la esquizofrenia, la información previa puede ser demasiado dominante». , lo que lleva a percepciones que se generan internamente en lugar de basarse en información sensorial real. Comprender cómo se integran la información sensorial y el conocimiento previo puede ayudar a abordar estos desequilibrios”.