La adaptabilidad es una habilidad esencial, coinciden los científicos, pero no está claro qué ocurre exactamente en el cerebro para permitir el cambio de comportamiento.
Aquí, neurocientíficos explican su investigación sobre cómo procesa el cerebro la información y qué ocurre cuando esta función se ve alterada.
Han descubierto una clase especial de neuronas en la corteza prefrontal que puede posibilitar un comportamiento flexible o provocar trastornos como la esquizofrenia o el trastorno bipolar si funcionan mal.
Según explican los investigadores, los tratamientos que actúan sobre estas conexiones inhibitorias de largo alcance pueden ayudar a mejorar la cognición en personas con esquizofrenia.
Ser flexible y aprender a adaptarse cuando cambia el mundo es algo que se practica cada día. Ya sea que se encuentre con una nueva obra en construcción y tenga que cambiar su ruta al trabajo, o que descargue una nueva aplicación de streaming y tenga que volver a aprender a encontrar su serie favorita, modificar hábitos familiares en respuesta a situaciones nuevas es una habilidad esencial.
Para realizar estas adaptaciones, su cerebro cambia sus patrones de actividad dentro de una estructura llamada la corteza prefrontal – una zona del cerebro fundamental para funciones cognitivas como la atención, la planificación y la toma de decisiones. Sin embargo, se desconoce qué circuitos específicos «indican» a la corteza prefrontal que actualice sus patrones de actividad para cambiar el comportamiento.
Somos un equipo de neurocientíficos que estudian cómo el cerebro procesa la información y qué ocurre cuando esta función se ve alterada. En nuestra investigación recién publicada, descubrimos una clase especial de neuronas en la corteza prefrontal que puede posibilitar un comportamiento flexible y, cuando funciona mal, puede dar lugar a trastornos como la esquizofrenia y el trastorno bipolar.
Neuronas inhibitorias y aprendizaje de nuevas reglas
Neuronas inhibitorias amortiguan la actividad de otras neuronas del cerebro. Tradicionalmente, se ha asumido que envían sus señales eléctricas y químicas únicamente a las neuronas cercanas. Sin embargo, hemos encontrado una clase particular de neuronas inhibitorias en la corteza prefrontal que se comunican a largas distancias con neuronas del hemisferio opuesto del cerebro.
Nos preguntamos si estas conexiones inhibitorias de largo alcance participan en la coordinación de los cambios en los patrones de actividad de las cortezas prefrontales izquierda y derecha. Al hacerlo, podrían proporcionar las señales críticas que le ayudan a cambiar su comportamiento en el momento oportuno.
Para comprobar la función de estas conexiones inhibitorias de largo alcance, observamos a ratones realizando una tarea que les exigía aprender una regla para recibir una recompensa y, posteriormente, adaptarse a una nueva regla para seguir recibiéndola. En esta tarea, los ratones excavaban en cuencos para encontrar comida escondida. Al principio, el olor a ajo o la presencia de arena en un cuenco podían indicar la ubicación de la comida escondida. La señal específica asociada a la recompensa cambiaba después, lo que obligaba a los ratones a aprender una nueva regla.
Descubrimos que silenciar las conexiones inhibitorias de largo alcance entre la corteza prefrontal izquierda y derecha hacía que los ratones se quedaran atascados en una regla, o perseveraran en ella, e impedía que aprendieran otras nuevas. No eran capaces de cambiar de marcha ni de aprender que la señal antigua ya carecía de significado y que la nueva indicaba comida.
Ondas cerebrales y comportamiento flexible
También hicimos descubrimientos sorprendentes sobre cómo estas conexiones inhibitorias de largo alcance generan flexibilidad conductual. En concreto, sincronizan un conjunto de «ondas cerebrales» llamadas oscilaciones gamma a través de los dos hemisferios. Las oscilaciones gamma son fluctuaciones rítmicas de la actividad cerebral que se producen aproximadamente 40 veces por segundo. Estas fluctuaciones pueden detectarse durante muchas funciones cognitivas, como cuando se realiza una tarea que exige mantener información en la memoria o hacer distintos movimientos en función de lo que se ve en una pantalla de ordenador.
Aunque los científicos llevan muchas décadas observando la presencia de oscilaciones gamma, su función ha sido objeto de controversia. Muchos investigadores piensan que la sincronización de estas fluctuaciones rítmicas en distintas regiones del cerebro no sirve para ningún propósito útil. Otros han especulado que la sincronización entre regiones cerebrales distintas mejora la comunicación entre ellas.
Encontramos un papel potencial completamente distinto para la sincronía gamma. Cuando las conexiones inhibitorias de largo alcance sincronizan las oscilaciones gamma en las cortezas prefrontales izquierda y derecha, parecen también regular la comunicación entre ellas. Cuando los ratones aprenden a desechar una regla establecida previamente que ya no conduce a una recompensa, estas conexiones sincronizan las oscilaciones gamma y parecen impedir que un hemisferio mantenga patrones de actividad innecesarios en el otro. Dicho de otro modo, las conexiones inhibitorias de largo alcance parecen evitar que la información de un hemisferio «estorbe» al otro cuando intenta aprender algo nuevo.
Por ejemplo, la corteza prefrontal izquierda puede «recordar» a la derecha su ruta habitual al trabajo. Pero cuando las conexiones inhibitorias de largo alcance sincronizan estas dos áreas, también parecen desactivar estos recordatorios y permitir que se consoliden nuevos patrones de actividad cerebral correspondientes a su nuevo trayecto.
Por último, estas conexiones inhibitorias de largo alcance también desencadenan efectos duraderos. Desactivar estas conexiones una sola vez provocó que los ratones tuvieran dificultades para aprender nuevas reglas varios días después. Por el contrario, estimularlas de forma rítmica para sincronizar artificialmente las oscilaciones gamma puede revertir estos déficits y restaurar el aprendizaje normal.
Flexibilidad cognitiva y esquizofrenia
Las conexiones inhibitorias de largo alcance desempeñan un papel importante en la flexibilidad cognitiva. La incapacidad para actualizar adecuadamente las reglas aprendidas previamente es una manifestación característica de deterioro cognitivo en trastornos psiquiátricos como la esquizofrenia y el trastorno bipolar.
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La investigación también ha detectado deficiencias en la sincronización gamma y anomalías en una clase de neuronas inhibitorias prefrontales, entre las que se incluyen las que hemos estudiado, en personas con esquizofrenia. En este contexto, nuestro estudio sugiere que los tratamientos que actúan sobre estas conexiones inhibitorias de largo alcance pueden ayudar a mejorar la cognición en personas con esquizofrenia mediante la sincronización de las oscilaciones gamma.
Muchos detalles sobre cómo estas conexiones afectan a los circuitos cerebrales siguen sin conocerse. Por ejemplo, no sabemos exactamente qué células de la corteza prefrontal reciben información de estas conexiones inhibitorias de largo alcance y cambian sus patrones de actividad para aprender nuevas reglas. Tampoco sabemos si existen vías moleculares específicas que producen los cambios duraderos en la actividad neuronal. Responder a estas preguntas podría revelar cómo el cerebro alterna de forma flexible entre mantener y actualizar información antigua, y podría dar lugar a nuevos tratamientos para la esquizofrenia y otros trastornos psiquiátricos.
