Cómo cambia el cerebro al dominar una nueva habilidad

La investigación revela nuevos patrones de actividad neuronal que surgen con el aprendizaje a largo plazo

Dominar una nueva habilidad, ya sea un deporte, un instrumento o un oficio, requiere tiempo y entrenamiento. Si bien se entiende que un cerebro sano es capaz de aprender estas nuevas habilidades, cómo el cerebro cambia para desarrollar nuevos comportamientos es un misterio relativo. El conocimiento más preciso de este circuito neural subyacente puede eventualmente mejorar la calidad de vida de las personas que han sufrido una lesión cerebral al permitirles volver a aprender más fácilmente las tareas diarias.

Investigadores de la Universidad de Pittsburgh y la Universidad Carnegie Mellon publicaron recientemente un artículo en PNASque revela lo que sucede en el cerebro a medida que los estudiantes progresan de principiantes a expertos. Descubrieron que los nuevos patrones de actividad neuronal emergen con el aprendizaje a largo plazo y establecieron un vínculo causal entre estos patrones y las nuevas habilidades de comportamiento.

La investigación se realizó como parte del Centro para las Bases Neuronales de la Cognición, un programa de investigación y educación interinstitucional que aprovecha las fortalezas de Pitt en neurociencia básica y clínica y bioingeniería, con las de CMU en neurociencia cognitiva y computacional.

El proyecto fue asesorado conjuntamente por Aaron Batista, profesor asociado de bioingeniería en Pitt; Byron Yu, profesor asociado de ingeniería eléctrica e informática e ingeniería biomédica en CMU; y Steven Chase, profesor asociado de ingeniería biomédica y del Instituto de Neurociencia en CMU. El trabajo fue liderado por Pitt bioingeniería postdoctoral asociado Emily Oby.

«Utilizamos una interfaz cerebro-computadora (BCI), que crea una conexión directa entre la actividad neuronal de nuestro sujeto y el movimiento del cursor de una computadora», dijo Oby. «Registramos la actividad de alrededor de 90 unidades neuronales en la región del brazo de la corteza motora primaria de los monos Rhesus, ya que realizaron una tarea que les obligó a mover el cursor para alinearse con los objetivos en el monitor».

Para determinar si los monos formarían nuevos patrones neurales a medida que aprendían, el grupo de investigación alentó a los animales a intentar una nueva habilidad BCI y luego comparó esas grabaciones con los patrones neurales preexistentes.

«Primero le presentamos al mono lo que llamamos un ‘mapeo intuitivo’ de su actividad neuronal al cursor que funcionó con la forma en que sus neuronas se activan naturalmente y que no requirieron ningún aprendizaje», dijo Oby. «Luego inducimos el aprendizaje mediante la introducción de una habilidad en la forma de un nuevo mapeo que requería que el sujeto aprendiera qué patrones neuronales necesita producir para mover el cursor».

Al igual que el aprendizaje de la mayoría de las habilidades, la tarea BCI del grupo tomó varias sesiones de práctica y un poco de entrenamiento en el camino.

«Descubrimos que después de una semana, nuestro sujeto pudo aprender a controlar el cursor», dijo Batista. «Esto es sorprendente porque por construcción, sabíamos desde el principio que no tenían los patrones de actividad neuronal necesarios para realizar esta habilidad. Efectivamente, cuando observamos la actividad neuronal nuevamente después de aprender, vimos que había nuevos patrones de actividad neuronal. apareció, y estos nuevos patrones son los que permitieron al mono realizar la tarea «.

Estos hallazgos sugieren que el proceso para que los humanos dominen una nueva habilidad también podría implicar la generación de nuevos patrones de actividad neuronal.

«Aunque estamos viendo esta tarea específica en sujetos animales, creemos que así es como el cerebro aprende muchas cosas nuevas», dijo Yu. «Considere aprender la destreza de los dedos requerida para tocar una pieza compleja en el piano. Antes de la práctica, es posible que su cerebro aún no sea capaz de generar los patrones de actividad adecuados para producir los movimientos de los dedos deseados».

«Creemos que la práctica extendida crea una nueva conectividad sináptica que lleva directamente al desarrollo de nuevos patrones de actividad que permiten nuevas habilidades», dijo Chase. «Creemos que este trabajo se aplica a cualquiera que quiera aprender, ya sea un aprendizaje individual paralizado a usar una interfaz cerebro-computadora o un sobreviviente de accidente cerebrovascular que quiera recuperar la función motora normal. Si podemos mirar directamente al cerebro durante la motricidad aprendiendo, creemos que podemos diseñar estrategias de neurofeedback que faciliten el proceso que conduce a la formación de nuevos patrones de actividad neuronal «.


Fuente de la historia:

Materiales proporcionados por la Universidad de Pittsburgh . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.


Referencia de la revista :

  1. Emily R. Oby, Matthew D. Golub, Jay A. Hennig, Alan D. Degenhart, Elizabeth C. Tyler-Kabara, Byron M. Yu, Steven M. Chase, Aaron P. Batista. Los nuevos patrones de actividad neuronal emergen con el aprendizaje a largo plazo . Actas de la Academia Nacional de Ciencias , 2019; 201820296 DOI: 10.1073 / pnas.1820296116

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