Cómo el cerebro selecciona a qué prestar atención

Este conocimiento podría, entre otras cosas, mejorar los tratamientos para los humanos afectados por el trastorno por déficit de atención / hiperactividad.

Los animales son capaces de comportamientos complejos y funciones cognitivas. ¿Qué cálculos neurales fundamentales subyacen a ellos y cómo se implementan estos cálculos en los circuitos cerebrales? Una nueva investigación intenta responder a estas preguntas.

Al estudiar la lechuza común, los científicos de la Universidad Johns Hopkins creen que han dado un paso importante para resolver el misterio de cómo el cerebro elige lo que más merece la atención.

El hallazgo, publicado en  la revista Cell Reports, probablemente se aplique a todos los animales, incluidos los humanos, y ofrece una nueva perspectiva de lo que está mal en los cerebros de las personas con trastorno por déficit de atención / hiperactividad.

Según  el coautor Shreesh Mysore, neurocientífico de la Universidad Johns Hopkins. "Hay un millón de cosas allá afuera en el mundo bombardeando nuestros ojos, nuestros oídos, nuestra piel y otros órganos sensoriales. De todas esas cosas, ¿a qué información en particular debemos prestar atención en cualquier momento para definir nuestro comportamiento? ".

Aunque los científicos han estudiado el cerebro de los animales durante décadas, no se ha encontrado una buena respuesta a la pregunta de cómo el cerebro decide a qué prestar atención. Los investigadores decidieron, en este experimento, investigar  el mesencéfalo, una parte evolutivamente más antigua del cerebro que se encuentra en gran número de animales, desde peces y mamíferos hasta aves y humanos.

Los investigadores eligieron búhos como sujeto de estudio, porque no solo tienen una visión y audición agudas, sino que, como todas las aves, tienen un mesencéfalo organizado de una manera que hace que sea relativamente fácil rastrear la actividad de neuronas específicas.

En la investigación se seleccionaron a 15 búhos, a los que se mostraron  estímulos visuales en un monitor, mientras se medía la actividad de neuronas individuales en los mesencéfalos.

Lo que encontraron fue desconcertante e inesperado. Aunque las neuronas individuales generalmente codifican el espacio visual topográficamente, lo que significa que las neuronas vecinas codifican los espacios para las partes vecinas del mundo, aquí encontraron neuronas individuales que respondían a varias zonas de ubicaciones, a veces muy alejadas.

Para descubrir por qué estas neuronas duplicaban o incluso triplicaban las localizaciones, el autor principal Nagaraj Mahajan, diseñó un modelo. Descubrió que si las neuronas necesitaban señalar la ubicación más importante del mundo sin importar de dónde provenía la información visual, la única forma posible de codificar el espacio, mientras se mantenían controlados los costos metabólicos y de cableado, era tener menos neuronas que ubicaciones en el mundo, con cada neurona codificando múltiples ubicaciones dispares. El cerebro del búho realmente coincidía casi a la perfección con estas predicciones computacionales.

Cuando contaron las neuronas del mesencéfalo, había un 40 por ciento menos de neuronas que de  posibles ubicaciones. Y las ubicaciones que las neuronas individuales codificaron estaban organizadas según un principio combinatorio, muy parecido a una solución de un Sudoku.

El  enfoque central es comprender cómo el cerebro implementa la selección de una alternativa entre muchas, para permitir que los animales presten atención a la información más importante en cualquier momento. Esta capacidad de asistir "apropiadamente" es crítica para el comportamiento adaptativo, y las anomalías en esta capacidad son un síntoma prominente de varios trastornos psiquiátricos como el TDAH, el autismo y la esquizofrenia.

Al identificar los principios de organización y función del circuito que subyacen en la selección de atención, es posible descubrir nuevos objetivos de tratamiento específicos para combatir la disfunción de atención.

"Estos resultados nos dan una respuesta por primera vez sobre cómo el cerebro resuelve realmente el problema de seleccionar uno sobre todos los lugares posibles", según Mysore. "Lo que tenemos ahora es una respuesta satisfactoria para un problema que es a la vez fundamental y universal. Es factible que las ideas de este estudio se puedan generalizar muy bien hasta los humanos".

También es posible ayudar a interpretar  cómo el cerebro implementa la selección en una gama de otros comportamientos cognitivos complejos, como la toma de decisiones y la discriminación perceptiva.

Finalmente, tiene interés el utilizar estos conocimientos de la neurobiología para diseñar sistemas inteligentes artificiales eficientes.

Estas neuronas del cerebro medio podrían ser una clave importante para ciertos enigmas. Es  una investigación básica, pero se trata de generar ideas que puedan probarse en pacientes y, con suerte, puedan ayudar a crear terapias adecuadas".

Basado en:

https://www.cell.com/cell-reports/pdf/S2211-1247(18)31598-5.pdf