- La mesa Ensambles neuronales: percepción, memoria y toma de decisiones, fue transmitida en vivo el 12 de junio por las plataformas digitales de El Colegio Nacional.
- La sesión formó parte del ciclo Las neurociencias en México y el mundo, coordinado por el colegiado Pablo Rudomin y Ranier Gutiérrez, del Cinvestav. Contó con la participación de Jesús Pérez Ortega, de la Universidad de Columbia, y Ramón Bartolo, del National Eye Institute.
- En palabras de Pérez Ortega, en el proceso de ensambles neuronales, “alrededor del 70% de las neuronas se mantienen estables y el 30% restante son remplazadas al día después. Hay una estabilidad en la corteza visual primaria y preserva plasticidad, lo que permite generar nuevas memorias”.
El Colegio Nacional
¿Cómo se forman y se borran las memorias en el cerebro?, ¿cuál es el papel de los ensambles neuronales en la toma de decisiones?, fueron algunas preguntas que respondieron los especialistas Jesús Pérez Ortega, de la Universidad de Columbia, y Ramón Bartolo, del National Eye Institute, en la mesa Ensambles neuronales: percepción, memoria y toma de decisiones, transmitida en vivo el 12 de junio por las plataformas digitales de El Colegio Nacional
“Un ensamble neuronal se refiere a un grupo de neuronas que se coactivan de manera recurrente en el tiempo”, explicó el neurocientífico Jesús Pérez Ortega, al tomar la palabra. Detalló que, en el cerebro “existen ensambles neuronales que representan un estímulo en particular y pueden codificar de manera precisa a éste”, por ejemplo, frente a un estímulo visual, se activa una secuencia de ensambles de forma consecutiva.
El miembro del Sistema Nacional de Investigadores de México recordó que existe un paradigma que plantea que las memorias deben estar representadas en la conectividad neuronal y que una de las teorías sobre el funcionamiento del cerebro se encuentra en el libro The organization of Behavior del psicólogo canadiense D.O. Hebb. Dicha publicación considera a los ensambles neuronales como la base y la unidad funcional de diferentes procesos como la percepción, el almacenamiento de memoria y la toma de decisiones.
Desde hace más de dos años, Pérez Ortega trabaja el laboratorio de Rafael Yuste, en la Universidad de Columbia, Estados Unidos, donde estudia los ensambles neuronales de la corteza visual primaria de ratones. “Son ratones transgénicos con proteínas fluorescentes que permiten ver una actividad neuronal de manera indirecta. Observo la respuesta de los estímulos visuales del ratón y, con ayuda de la imagenología de calcio mediante la microscopia de dos fotones, realizo una exploración de neuronas individuales. Esta técnica permite registrar cientos de neuronas de manera simultánea e identificar su localización espacial para seguirla en el tiempo”.
El experto comentó que, después de observar la actividad de 600 neuronas registradas simultáneamente, encontró que los ensambles se activan cuando se estimula visualmente al ratón. Desarrolló un método de detección de ensambles neuronales que agrupa los patrones de actividad neuronal y permite identificar cuántos tipos de ensambles se activan en un rango de cinco minutos, así como distinguir el estímulo visual con el que se asociaron.
“Frente a un estímulo visual, no siempre se activan las mismas neuronas todo el tiempo y la actividad de cada neurona de manera independiente es variable. Los ensambles hacen que la red pueda ser robusta y no necesariamente las neuronas tienen que responder, a pesar de que tienen cierta conectividad”, puntualizó el ponente. Comentó que, en definitiva, los ensambles neuronales codifican con mayor precisión que las neuronas individuales y estos ensambles representan un estímulo en particular.
Al responder a la pregunta: ¿qué tan estables son los ensambles neuronales? El científico aseguró que el patrón de activación se mantiene constante para cada estímulo a lo largo de los días. “Los ensambles neuronales pueden permanecer estables por varias semanas y, si pensamos que estos pueden representar memorias, esto podría ser una base de la memoria de largo plazo. Y al respecto de cómo se crean o borran memorias, pensando que son representadas en estos ensambles neuronales, tenemos dos dichos que son comunes en la teoría, uno de ellos es, las neuronas que se disparan juntas, sincronizadas, se conectan o refuerzan sus conexiones, lo que está confirmado”.
De acuerdo con el ponente, en el proceso de ensambles neuronales, existen neuronas estables y flexibles, “alrededor del 70% de las neuronas se mantienen estables, pero el 30% restante son neuronas remplazadas al día después. Hay una estabilidad en la corteza visual primaria y preserva plasticidad, lo que permite que puedan seguir creando nuevas memorias o adaptándose a cambios”. La hipótesis es que la degradación de los ensambles neuronales puede deteriorar la memoria aprendida en una tarea de discriminación, lo que provoca que el sujeto la olvide, “es un proyecto del que no tengo respuesta, pero seguimos trabajando para encontrarla”, concluyó Pérez Ortega.
En Ensambles neuronales: percepción, memoria y toma de decisiones, también participó Ramón Bartolo, del National Eye Institute, quien habló de los principios básicos del funcionamiento del cerebro.
Sostuvo que por un largo periodo de tiempo se ha operado bajo el paradigma de la neurona individual como la unidad básica del procesamiento de información en el sistema nervioso, lo que inició con los estudios pioneros del médico español Santiago Ramón y Cajal. Lo anterior se reforzó con las investigaciones de los científicos David Hubel y Torsten Wiesel, quienes desarrollaron una técnica para registrar la actividad de neuronas individuales y observaron que neuronas individuales de la corteza visual respondían más cuando se presentaban estímulos en una orientación determinada.
Sin embargo, “las neuronas son la unidad básica del sistema nervioso, pero no actúan de manera individual, forman conjuntos, grupos, ensambles neuronales que actúan de manera conjunta para representar información”, expuso el investigador. Sostuvo que, con ayuda de tecnologías recientes y del desarrollo de métodos de registro a gran escala de la actividad neuronal, que permiten estudiar decenas de miles de estas células del sistema nervioso de manera simultánea, se ha identificado que “neuronas individuales difícilmente codifican información de manera robusta para mantener la conducta por periodos largos de tiempo o para decodificar el estímulo o la conducta específica”, como lo hacen los ensambles neuronales.
Para conocer la actividad neuronal que interviene en la toma de decisiones y estudiar qué tan flexibles son las neuronas involucradas en el proceso de cambio de conducta, Ramón Bartolo registró la actividad de hasta mil neuronas de manera simultánea con matrices de microelectrodos, en un área específica del cerebro de ratones. Encontró que los animales aprendieron rápido la asociación entre el estímulo y la probabilidad de recompensa, y adaptaron su conducta de forma vertiginosa gracias a que evaluaron la evidencia de la información que tenían del ambiente. Estos cambios se debieron al trabajo que realizaron las neuronas en conjunto.
En resumen, “las neuronas individuales agrupadas en ensambles presentan habilidades y propiedades que no se pueden observar en las neuronas individuales”. De acuerdo con el ponente, hay un cierto porcentaje de neuronas que codifican un parámetro de la información que el animal necesita para resolver la tarea y una de las propiedades más representativas de los ensambles neuronales es que las neuronas, que aparentemente no codifican información, pueden contribuir en la formación de un código poblacional, que se convierte en un marco de referencia para evaluar lo que se necesita al momento de resolver una tarea. Es decir, “podemos re implementar las reglas que hemos aprendido y simplemente invertirlas para ajustar de forma rápida la conducta”, concluyó el experto.
La mesa Ensambles neuronales: percepción, memoria y toma de decisiones, del ciclo Las neurociencias en México y el mundo, coordinado por el colegiado Pablo Rudomin y Ranier Gutiérrez, del Cinvestav, se encuentra disponible en el Canal de YouTube de la institución: elcolegionacionalmx.
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