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En Cierta Ciencia, de la mano de la genetista Josefina Cano nos acercamos, cada quince días, al trabajo de muchos investigadores que están poniendo todo su empeño en desenredar la madeja de esa complejidad que nos ha convertido en los únicos animales que pueden y deben manejar a la naturaleza para beneficio mutuo. Hablamos de historias de la biología.

Cómo cambia el cerebro cuando dominamos una nueva actividad.

Cerebro y aprendizaje - Cierta Ciencia Podcast - CienciEs.com

Investigadores de la Universidades de Pittsburgh y de la Carnegie Mellon, han podido determinar qué pasa en el cerebro cuando se aprende una nueva habilidad, cuando se pasa del estado de desconocimiento al de saber algo diferente a lo conocido. Este estudio llevará a una mejoría de las personas que han sufrido daños cerebrales, permitiéndoles de una forma más fácil y sencilla el reaprendizaje de las tareas cotidianas olvidadas.

El estudio reveló que con un aprendizaje largo, emergen actividades neuronales nuevas. Se pudo establecer un nexo entre los patrones nuevos y las recientes actividades cognitivas desarrolladas.

Cuando se enfrenta el aprendizaje y el manejo de una nueva habilidad hasta dominarla, sea relacionada con un deporte, con tocar un instrumento o una actividad artística en general, el cerebro necesita tiempo y entrenamiento. Aunque es claro que un cerebro sano es capaz de aprender estas nuevas habilidades, el cómo cambia para hacerlo había sido relativamente un misterio hasta hace poco.

El trabajo de los científicos ha permitido esclarecer que nuevos circuitos neuronales aparecen en la medida que los aprendices pasan de ser novatos a expertos. Esto sucede cuando el aprendizaje se lleva tiempo y entrenamiento.

El estudio se realizó en el Center for the Neural Basis of Cognition, una mezcla institucional de educación e investigación en programas basados en la neurociencia clínica y la bioingeniería como también en la neurociencia de la computación. En el proyecto participaron Aaron Batista, profesor asociado de bioingeniería de la Universidad de Pittsburgh, Byron Yu, profesor asociado de ingeniería eléctrica de la Universidad Carnegie Mellon y Steven Chase, profesor asociado de ingeniería biomédica de la misma universidad.

“Usamos una interfase cerebro-computador (BCI, por sus siglas en inglés) que crea una conexión entre la actividad neuronal de nuestro sujeto y el movimiento de un cursor de computador. Grabamos la actividad neuronal de alrededor de noventa unidades neuronales de la corteza motora de monos Rhesus, correspondientes a la región del brazo, mientras ellos realizaban actividades que permitieran el movimiento de un cursor para alinearlo con zonas importantes y asignadas en un monitor”, dice Emily Oby, investigadora de posgrado en bioingeniería de la Universidad de Pittsburgh, autora líder del artículo resultante de este trabajo multidisciplinario por excelencia.

Para establecer si los monos podrían formar nuevos patrones de actividad neuronal mientras aprendían, los investigadores los guiaron para que ellos intentaran dominar una nueva habilidad BCI y compararon las nuevas grabaciones resultantes con los patrones neuronales pre existentes.

“Primero les mostramos a los monos lo que nosotros llamamos un “mapa intuitivo” que se había realizado de la actividad neuronal con el cursor, es decir cuando las neuronas se encienden de forma natural, cuando no se requiere aprendizaje alguno”, dice Oby. “Luego indujimos el aprendizaje y el dominio de una nueva habilidad en la forma de un mapa diferente que requiere que el sujeto aprenda cuáles patrones neuronales le son necesarios para permitirle el movimiento del cursor”.

Al igual que el aprendizaje de nuevas habilidades, las tareas tomaron varias sesiones de práctica y un poco de guía durante el tiempo que duraron.

“Descubrimos que después de una semana, nuestro sujeto era capaz de aprender cómo mover el cursor. Esto es sorprendente porque, por su naturaleza, no tiene el patrón de actividad neuronal requerido para desarrollar esa habilidad. Sin que nos quedaran dudas, cuando miramos la actividad neuronal otra vez, después de que hubo transcurrido el aprendizaje, pudimos ver que nuevos patrones de actividad neuronal habían aparecido, y que eran justo esos nuevos patrones los que les permitían a nuestros sujetos de estudio el poder desarrollar la tarea”, dice Batista.

Estos hallazgos sugieren que el proceso por detrás del desarrollo y dominio de una nueva habilidad en los humanos podría involucrar la generación de otros, inéditos patrones de actividad neuronal.

“Aunque estemos observando a esta sola actividad específica en sujetos animales, creemos que tal vez esta sea la forma cómo el cerebro aprende muchas de las novedades. Considere el aprendizaje de cómo los dedos se las arreglan para adquirir las destrezas necesarias para tocar una compleja pieza de piano. Antes de practicar, su cerebro tal vez no tenga aún la capacidad de generar los patrones de actividad neuronal adecuados para producir los movimientos de los dedos que se necesitan”, dice Yu.

“Creemos que la práctica constante y persistente construye posibilidades de conexiones sinápticas antes inexistentes, que llevan de manera directa al desarrollo de nuevos patrones de actividad neuronal, lo que permitirá la adquisición de nuevas habilidades. Creemos que los resultados de nuestro trabajo se pueden aplicar a cualquiera que desee aprender”, dice Chase.

Los resultados también se podrán implementar en aquellos pacientes que o bien y por diversas razones hayan terminado sufriendo una parálisis, o en aquellos que hayan sobrevivido a un accidente cerebral. Quizá puedan aprender a recuperar algunas de las funciones motoras normales perdidas usando la interfase cerebro-computador.

“Si podemos mirar de forma directa al cerebro durante el aprendizaje motriz, podemos diseñar estrategias de retroalimentación sináptica que lleven a la formación de nuevos patrones de actividad neuronal”, finaliza Chase.

Todo un desafío y un reto para los científicos y una esperanza para todos esos pacientes necesitados de una recuperación.

Para quienes llevan una vida normal, libre de impedimentos, el aprendizaje, aparte de proveer de nuevos conocimientos, ayudará muchísimo en el mantenimiento de una buena salud neuronal. Mientras más neuronas se enciendan a diario, mejor.

Emily R. Oby E. R., et al. New neural activity patterns emerge with long-term learning. Proceedings of the National Academy of Sciences, 2019

Obras de Josefina Cano:

Viaje al centro del cerebro. Historias para jóvenes de todas las edades (Amazon)

En Colombia en la Librería Panamericana y en Bogotá en la Librería Nacional

Viaje al centro del cerebro. Historias para jóvenes de todas las edades. (Planeta)


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