MADRID 2 Sep. (EUROPA PRESS) -

Los científicos del Centro Sainsbury Wellcome del University College de Londres han descubierto cómo dos áreas del cerebro, el neocórtex y el tálamo, trabajan juntas para detectar discrepancias entre lo que los animales esperan de su entorno y los eventos reales, averiguando así cómo el cerebro responde a los eventos inesperados.

Estos errores de predicción se implementan mediante el refuerzo selectivo de información sensorial inesperada. Estos hallazgos mejoran nuestra comprensión del procesamiento predictivo en el cerebro y podrían ofrecer información sobre cómo se alteran los circuitos cerebrales en los trastornos del espectro autista (TEA) y los trastornos del espectro esquizofrénico (TEA).

La investigación, publicada 'Nature', describe cómo los científicos estudiaron ratones en un entorno de realidad virtual para acercarse un paso más a la comprensión tanto de la naturaleza de las señales de error de predicción en el cerebro como de los mecanismos por los que surgen.

"Nuestro cerebro predice constantemente qué esperar del mundo que nos rodea y las consecuencias de nuestras acciones. Cuando estas predicciones resultan erróneas, se produce una fuerte activación de diferentes áreas cerebrales, y estas señales de error de predicción son importantes para ayudarnos a aprender de nuestros errores y actualizar nuestras predicciones. Pero a pesar de su importancia, sorprendentemente se sabe poco sobre los mecanismos del circuito neuronal responsables de su implementación en el cerebro", explica la profesora Sonja Hofer, líder del grupo en SWC y autora correspondiente del artículo.

Para estudiar cómo procesa el cerebro los eventos esperados e inesperados, los investigadores colocaron ratones en un entorno de realidad virtual donde podían navegar por un corredor familiar para llegar a una recompensa. El entorno virtual permitió al equipo controlar con precisión la información visual e introducir imágenes inesperadas en las paredes.

Mediante el uso de una técnica llamada imágenes de calcio de dos fotones, los investigadores pudieron registrar la actividad neuronal de muchas neuronas individuales en la corteza visual primaria, la primera área de nuestro neocórtex que recibe información visual de los ojos.

"Las teorías anteriores proponían que las señales de error de predicción codifican la diferencia entre la información visual real y las expectativas, pero sorprendentemente no encontramos evidencia experimental de esto. En cambio, descubrimos que el cerebro potencia las respuestas de las neuronas que tienen la preferencia más fuerte por la información visual inesperada. La señal de error que observamos es una consecuencia de esta amplificación selectiva de la información visual. Esto implica que nuestro cerebro detecta discrepancias entre las predicciones y las entradas reales para hacer que los eventos inesperados sean más relevantes", explica el investigador principal en los laboratorios Hofer y Mrsic-Flogel en SWC y primer autor del estudio, el doctor Shohei Furutachi.

Para entender cómo el cerebro genera esta amplificación de la información sensorial inesperada en la corteza visual, el equipo utilizó una técnica llamada optogenética para inactivar o activar diferentes grupos de neuronas.

Así, encontraron dos grupos de neuronas que eran importantes para causar la señal de error de predicción en la corteza visual: interneuronas inhibidoras que expresan polipéptido intestinal vasoactivo (VIP) en V1 y una región cerebral talámica llamada pulvinar, que integra información de muchas áreas neocorticales y subcorticales y está fuertemente conectada a V1. Pero los investigadores descubrieron que estos dos grupos de neuronas interactúan de una manera sorprendente.

"En neurociencia, a menudo nos centramos en estudiar una región o vía cerebral a la vez. Pero, como tengo experiencia en biología molecular, me fascinó cómo interactúan sinérgicamente las diferentes vías moleculares para permitir una regulación flexible y contextual. Decidí probar la posibilidad de que la cooperación pudiera estar ocurriendo a nivel de circuitos neuronales, entre las neuronas VIP y el pulvinar", explica el doctor Furutachi.

De hecho, el trabajo del doctor Furutachi revela que las neuronas VIP y el pulvinar actúan juntas de forma sinérgica. Las neuronas VIP actúan como un cuadro de interruptores: cuando están apagadas, el pulvinar suprime la actividad en el neocórtex, pero cuando están encendidas, el pulvinar puede potenciar de forma intensa y selectiva las respuestas sensoriales en el neocórtex. La interacción cooperativa de estas dos vías media las señales de error de predicción sensorial en la corteza visual.

Los próximos pasos del equipo son explorar cómo y dónde en el cerebro se comparan las predicciones de los animales con la información sensorial real para calcular los errores de predicción sensorial y cómo las señales de error de predicción impulsan el aprendizaje. También están explorando cómo sus hallazgos podrían ayudar a comprender los TEA y los TSS.

"Se ha propuesto que tanto los TEA como los TSS pueden explicarse por un desequilibrio en el sistema de error de predicción. Ahora estamos tratando de aplicar nuestro descubrimiento a animales modelo con TEA y TSS para estudiar los mecanismos subyacentes del circuito neuronal de estos trastornos", explica el doctor Furutachi.