Científicos descubren que la mayoría de las neuronas son expertas en múltiples funciones

Tras examinar minuciosamente una gran cantidad de grabaciones procedentes de una colaboración internacional que analizó los cerebros de ratones, investigadores del Instituto Zuckerman de la Universidad de Columbia (Estados Unidos) revelan que, si bien existen neuronas especializadas, la mayoría parecen ser generalistas. Los hallazgos se publican en 'Nature'.

"Tenemos que abandonar la imagen del cerebro como una máquina de engranajes, donde cada engranaje tiene una función específica a la que podemos asignar una etiqueta", explica Stefano Fusi, doctor en filosofía, investigador principal del Instituto Zuckerman de Columbia, miembro del Instituto Kavli de Ciencias del Cerebro y coautor principal del artículo. "El cerebro no funciona así. En cambio, la mayoría de las neuronas pueden mostrar una enorme diversidad de respuestas, lo que permite al cerebro resolver una gran cantidad de tareas diferentes".

Estos nuevos hallazgos arrojan luz sobre cómo el cerebro podría llegar a ser capaz de realizar tareas complejas. De este modo, podrían ayudar a revelar qué sucede cuando algo falla en el cerebro y cómo se podrían corregir esos procesos para que vuelvan a funcionar correctamente.

Si las neuronas son especialistas o generalistas "es una cuestión antigua e importante, sobre la que los investigadores tienen opiniones muy firmes", agrega Lorenzo Posani, coautor principal del estudio e investigador principal del Instituto del Cerebro de París y del CNRS de Francia, quien realizó este trabajo mientras estaba en el Instituto Zuckerman de Columbia. Investigaciones anteriores descubrieron que el cerebro está organizado en módulos dedicados a la visión, el olfato y otros procesos; por lo que quizás dicha especialización se extienda hasta el nivel de las neuronas. Por otro lado, el cerebro es una computadora de propósito general increíblemente potente que puede responder de una cantidad extraordinaria de maneras a una gran variedad de situaciones, por lo que tal vez sus neuronas sean igualmente generalistas por naturaleza, informa Ep.

El problema para responder a esta pregunta radicaba en que los científicos a menudo la abordaban con enfoques diferentes; por ejemplo, estudiaban distintos tipos de animales o regiones cerebrales, o les pedían a los animales que realizaran diferentes tareas, explica Posani. Esto solía generar resultados contradictorios: en algunos estudios, algunas neuronas estaban claramente especializadas, mientras que otras no lo parecían.

Para ayudar a resolver el debate, en el nuevo estudio, los investigadores desarrollaron una estrategia en la que se centraron exclusivamente en ratones, analizando simultáneamente múltiples áreas cerebrales mientras todos los roedores realizaban el mismo tipo de actividad. Esto implicó el análisis de conjuntos de datos mucho mayores que los que se estudian habitualmente, registros de actividad de numerosas neuronas del consorcio del Laboratorio Internacional del Cerebro en 43 regiones de la corteza cerebral del ratón, a nivel de neuronas individuales, informa Ep.

En las áreas sensoriales primarias, como la región cerebral dedicada a la visión, las neuronas se comportaban de forma especializada. Sin embargo, en otras zonas, generaban respuestas mucho más diversas. En otras palabras, en lo que respecta a si las neuronas son típicamente especialistas o generalistas, estos nuevos hallazgos sugieren que lo segundo es cierto.

Los científicos descubrieron que, basándose en el patrón de respuestas de una neurona a una tarea determinada, podían identificar con sorprendente precisión a qué módulo cerebral específico pertenecía. Sin embargo, estas neuronas siguen mostrando, en general, un comportamiento generalista.

Además, la mayoría de las neuronas no solo son generalistas, sino que rara vez replican el comportamiento de otras. Esto contribuye a la flexibilidad y la capacidad computacional del cerebro.

En resumen, los investigadores sugieren que la naturaleza multifuncional de la mayoría de las neuronas permite que cada una codifique información sobre múltiples variables, como si una figura es roja o negra, o un círculo o un cuadrado. A su vez, las neuronas codifican colectivamente representaciones de "alta dimensión", que combinan varias variables diferentes al mismo tiempo, como, por ejemplo, un círculo rojo o un cuadrado negro. Estas representaciones de alta dimensión permiten que las poblaciones de neuronas se comporten de forma flexible en cuanto a la entrada que reciben y la salida que generan.

Una implicación clave de estos hallazgos es que, si bien cada neurona generalmente codifica múltiples variables, es difícil descifrar qué representa cada una de ellas a partir de una neurona individual. Solo al examinar poblaciones de neuronas, como lo hace el cerebro, se pueden descifrar las variables. Esto supone un cambio radical en la forma de pensar de la comunidad neurocientífica, que durante décadas se centró en una neurona a la vez, descartando todas aquellas cuyas respuestas no se podían comprender, informa Ep.