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Neurociencias: investigan posibilidad de usar y memorizar una experiencia a pesar de nunca haberla aprendido

por 7 julio, 2020

Neurociencias: investigan posibilidad de usar y memorizar una experiencia a pesar de nunca haberla aprendido
Para insertar una memoria artificialmente podría simularse una experiencia y a través de ella, generar un cambio en el comportamiento que se mantenga en el tiempo. Para esto, debería conocerse cómo se codifican las memorias, en otras palabras, dónde y cómo se almacena la información en el cerebro; algo similar a insertar datos en el disco duro de una computadora pues es allí donde se almacena la información.
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Muchas veces al terminar una película o un libro de ciencia ficción nos preguntamos si un escenario similar sería posible en nuestro futuro como humanidad. Particularmente, una película impactante es “Matrix”, que muestra un futuro distópico al que podríamos estar sometidos; sin embargo, la discusión no se generará acerca de esa posibilidad ya debatida por muchos de nosotros en su momento, sino que será alrededor de esa famosa escena donde el protagonista aprende Kung fu mediante estimulación cerebral, permitiéndole dominar las artes marciales a pesar de nunca haberlas practicado antes en su vida. Hace pocos meses, una vez más, la ciencia ha demostrado que podría superar las barreras de lo que se creía imposible: poder memorizar algo a pesar de nunca haberlo aprendido.

Para lograrlo realizaron experimentos a través de estimulación cerebral directa, que desencadenarían comportamientos asociativos (a partir de un aprendizaje asociativo) valiéndose de la asombrosa arquitectura anatómica y estereotipada del bulbo olfatorio (una estructura cerebral que se encarga de codificar los aromas) y de zonas cerebrales asociadas a “la recompensa” y “la aversión”.

Experiencia, aprendizaje y memoria

Antes de iniciar es importante tener en mente ciertos conceptos. En primer lugar, el aprendizaje se entiende como el proceso por el cual, a través de la experiencia, se adquiere información que produce al menos un cambio en el comportamiento. En este orden de ideas, la memoria es la retención en el tiempo de la información adquirida a través del aprendizaje, es la capacidad de almacenar información recuperable en el tiempo. 

Por otra parte, existe un tipo de aprendizaje denominado “aprendizaje asociativo”, el cual permite correlacionar estímulos sensoriales para posteriormente servir como guía en la toma de decisiones; por ejemplo, cuando un animal encuentra una fuente sostenida de alimento en una cueva, asocia los datos de lugar y comida, generando una memoria que le permite volver a la cueva donde se encuentra el alimento.

Ahora bien, para insertar una memoria artificialmente podría simularse una experiencia y a través de ella, generar un cambio en el comportamiento que se mantenga en el tiempo. Para esto, debería conocerse cómo se codifican las memorias, en otras palabras, dónde y cómo se almacena la información en el cerebro; algo similar a insertar datos en el disco duro de una computadora pues es allí donde se almacena la información. Conocer donde se almacena una memoria parece tarea difícil teniendo en cuenta la complejidad del funcionamiento cerebral, sin embargo, existen ciertas zonas en el cerebro que se activan en mayor medida a partir de ciertos estímulos y que pueden generar una memoria que cause un comportamiento del tipo: “aversión” o “atracción”, como consecuencia de la experiencia. 

Un grupo de investigadores de Estados Unidos y Canadá haciendo uso de lo previamente expuesto, pudo generar una memoria artificialmente, logrando que unos ratones evitaran o sintieran atracción hacía un lugar solo mediante estimulación cerebral, en completa ausencia de una experiencia sensorial, es decir, sin la presencia de estímulos que les enseñaran que debían alejarse o acercarse. 

¿Cómo lo lograron?

Para ello los investigadores partieron de 2 asunciones, 1) La memoria solo ocurre en el cerebro, de tal forma que estimulación directa sobre él generará un recuerdo artificial y 2) El comportamiento generado por esa memoria artificial es semejante al que se hubiera generado por una memoria real (cuando se someten a la experiencia o estímulos reales). Esto último como prueba de que, aunque sea artificial guarda mucha similaridad con una memoria generada a partir de una experiencia real. 

Para lograrlo realizaron experimentos a través de estimulación cerebral directa, que desencadenarían comportamientos asociativos (a partir de un aprendizaje asociativo) valiéndose de la asombrosa arquitectura anatómica y estereotipada del bulbo olfatorio (una estructura cerebral que se encarga de codificar los aromas) y de zonas cerebrales asociadas a “la recompensa” y “la aversión”.

La estimulación directa sobre las zonas cerebrales se daba mediante pulsos de luz que activaban las neuronas. Este método de estimulación se realiza a través de una técnica conocida como optogenética, que no es más que la combinación de métodos ópticos (luz) y genéticos (expresión de información genética) que conjugados desencadenan la activación de ciertas células en particular. Para ello las células deben expresar un receptor sensible a la luz, de tal forma que al irradiarlas con luz se activen, lo que se puede lograr modificando genéticamente células específicas. En este caso la luz estaría funcionando como un interruptor de encendido, y como solo unas células tienen el receptor sensible a luz no queda la menor duda de qué zonas se están estimulando cerebralmente.

Memorial real

No hay lugar a dudas de que los olores evocan en nuestra mente memorias, sentir el aroma de un perfume que nos hace recordar a nuestra madre es un ejemplo de ello, así pues, lo primero que los investigadores hicieron fue entrenar a los ratones para lograr un aprendizaje asociativo entre dos estímulos reales: un aroma (acetona) y una recompensa (comida) o castigo (pequeño electrochoque). Un día posterior al entrenamiento se realizaron los ensayos comportamentales, para estos los ratones se introducían en una cámara que estaba dividida en dos espacios, uno de ellos con aroma a acetona y otro con un aroma distinto, de tal forma que los ratones tomaran la decisión de acercarse o alejarse en función de lo que habían aprendido y de la experiencia que habían memorizado. Éstos mostraron preferencia por el lugar que olía a acetona cuando el estímulo con el que lo asociaron fue de recompensa y, por el contrario, mostraban menos preferencia por el sitio cuando el estímulo lo habían asociado con castigo. Ahora viene el gran reto: generar la misma memoria, pero de forma completamente artificial, solo por estimulación cerebral.

Memoria artificial

Es importante destacar que los investigadores escogieron el sistema olfatorio por su arquitectura, de tal forma que cada neurona del órgano olfatorio (nariz en este caso) expresa un único tipo de sensor de aroma (receptor), y las neuronas que comparten el mismo receptor se juntan en uno o dos glomérulos (estructura hacía donde van los terminales nerviosos de las neuronas olfatorias), a su vez el conjunto de glomérulos se organiza formando parte del bulbo olfatorio en el cerebro. Y es aquí donde escoger este sistema muestra su ventaja: si se conoce qué receptor está siendo estimulado con un único aroma (odorante) se podría evitar el proceso de que: llegue un odorante, se una al receptor de la neurona, viaje el mensaje hacía el glomérulo para informar la presencia del odorante y responder ante él en el cerebro; pudiendo todo lo anterior ser sustituido mediante estimulación directa del glomérulo, lo que permitiría emular la estimulación de un receptor olfatorio, aunque realmente no hubiera sido así. 

Ahora bien, ya sabiendo como simular un odorante, el siguiente paso es imitar un estímulo aversivo o de recompensa, para ello los investigadores se basaron en previos estudios donde se proponían que ciertas zonas cerebrales muestran mayor actividad cuando se exponían a estímulos que generan respuestas de este tipo (aversión o recompensa). Para activar estas zonas se valieron nuevamente de la técnica de optogenética, de tal forma que pulsos de luz eran redirigidos a las neuronas que participan en estas respuestas.

Lo siguiente es emparejar ambos estímulos artificiales para generar el aprendizaje asociativo artificial, entre el olor artificial (dado por estimulación directa del glomérulo) y el estímulo de aversión/atracción artificial (concedido por la estimulación directa de esas zonas cerebrales). Posterior al día de entrenamiento con estímulos cerebrales directos, los ratones mostraron un comportamiento propio de haber aprendido a asociar ambos estímulos a pesar de que nunca se sometieron a la experiencia sensorial previa, es decir, una vez en la cámara evitaban el aroma a acetona pese a que nunca la habían olido, mostrando aversión por el odorante aun cuando nunca habían vivido una experiencia negativa asociada a este. Lo contrario ocurrió cuando las áreas cerebrales que se estimularon eran de recompensa.

Aprender sin haber aprendido

El resultado anterior muestra que es posible generar una memoria sin haber sido expuesto a una experiencia sensorial previa, es decir, sin haber transcurrido un proceso de aprendizaje. Aunque la memoria insertada es “simple” comparado con el aprendizaje de un arte marcial que lleva años de entrenamiento y disciplina, estos resultados podrían abrir un campo abismal de aplicaciones y futuras estrategias de aprendizaje. Y aunque faltan decenas de años para lograrlo, podemos dejar volar la mente un poco e imaginar un sin mundo de posibilidades: décadas para dominar una disciplina, un idioma o un instrumento musical quedarían en el pasado y se restringirían a un espacio temporal insignificante solo mediante estimulación cerebral. Para lograrlo haría falta realizar un mapa detallado de las zonas cerebrales más relevantes durante un aprendizaje en particular, una vez conocidas detalladamente ya se tendrían los puntos cerebrales claves a estimular para simular una experiencia, lo que permitiría en consecuencia aprender mediante estímulos artificiales y con ello memorizar lo que se desee. El resultado: la generación de una memoria rápida y efectiva que guardaría similaridad con lo aprendido en años.

Aún falta un largo camino que recorrer y aunque solo parece ciencia ficción muestra que puede ser posible aprender sin haber aprendido, memorizar algo en completa ausencia de una experiencia. Quién sabe a dónde nos llevará este nuevo hallazgo y que implicaciones tendrá sobre la idea actual en como concebidos el aprendizaje, es cierto que falta aún mucho para llegar a tales complejidades, sin embargo, es un camino nuevo el que se abre que indudablemente tendrá impacto en nuestra sociedad si se sigue trabajando sobre él.

Publicación original nature.com/articles/s41593-019-0389-0

Este artículo surge del convenio con el Centro Interdisciplinario de Neurociencia de la Universidad de Valparaíso (CINV).

 

 

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