Rapid spatial cognition in mice, with and without neocortex and hippocampus
Este estudio demuestra que ratones que carecen tanto de la neocorteza como del hipocampo pueden aprender, generalizar y retener rápidamente tareas complejas de navegación espacial en 3D, lo que indica que estas sofisticadas capacidades cognitivas no dependen estrictamente de estas estructuras cerebrales.
Artículo original bajo licencia CC BY 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/). Esta es una explicación generada por IA de un preprint que no ha sido revisado por pares. No es consejo médico. No tome decisiones de salud basándose en este contenido. Leer descargo de responsabilidad completo
Para comprender cómo un animal aprende su camino a través de un mundo nuevo, los científicos se han centrado durante mucho tiempo en dos partes específicas del cerebro: el hipocampo y la neocorteza. El hipocampo es a menudo considerado como el cartógrafo interno del cerebro, ayudando a las criaturas a recordar dónde han estado y hacia dónde deben ir. La neocorteza, la capa más externa del cerebro, se cree que gestiona el pensamiento complejo, permitiendo a los animales comprender reglas y adaptarse a nuevas situaciones. Durante décadas, la visión predominante ha sido que el aprendizaje rápido —la capacidad de resolver un problema tras solo unos pocos intentos— requiere estas dos estructuras sofisticadas. Si un animal carece de ellas, la suposición era que quedaría atrapado en un bucle de ensayo y error, incapaz de formar una imagen mental de su entorno o de recordar un camino exitoso. Esta idea ha moldeado nuestra comprensión de la inteligencia, sugiriendo que el pensamiento rápido es un lujo de los cerebros complejos.
Sin embargo, un nuevo estudio desafía esta creencia largamente sostenida al plantear una pregunta sencilla: ¿qué sucede cuando se eliminan las mismas partes que creemos esenciales para el aprendizaje? Investigadores del Instituto de Tecnología de California diseñaron un laberinto tridimensional complejo para que los ratones lo navegaran, una estructura que se asemeja a una cuadrícula de calles de una ciudad pero apilada en capas. Luego, probaron con ratones que nacieron sin neocorteza ni hipocampo. Estos animales, conocidos como ratones acorticales, poseen únicamente las partes más antiguas y profundas del cerebro. El objetivo era ver si estos ratones podían aprender el laberinto, recordar la solución y aplicar lo aprendido a nuevas versiones del rompecabezas. Los hallazgos revelan que la capacidad del cerebro para aprender rápidamente no depende estrictamente de las estructuras que antes considerábamos indispensables.
Los investigadores construyeron un laberinto llamado el Laberinto de Manhattan, un laberinto reconfigurable hecho de dos capas de pasillos. Imagine una cuadrícula de túneles horizontales en la parte inferior y una cuadrícula de túneles verticales correspondiente en la parte superior, separados por una lámina de plástico con agujeros. Al intercambiar esta lámina, los investigadores podían cambiar instantáneamente qué túneles estaban conectados, creando miles de diseños únicos sin mover el laberinto físico. Los ratones comenzaron con una versión simple para aprender que había recompensas de agua disponibles en dos puertos específicos, uno en el extremo de "casa" y otro en el extremo de "salida". Tenían que correr de un lado a otro entre estos puertos para beber. Una vez que dominaron esta rutina básica, los investigadores les presentaron un laberinto complejo con un camino largo y sinuoso que requería nueve giros correctos para alcanzar la recompensa.
Los ratones normales aprendieron este camino de manera notablemente rápida. En tan solo unas pocas horas y tras solo un puñado de recompensas, dejaron de deambular sin rumbo y comenzaron a tomar rutas directas. No solo memorizaron una secuencia única de giros; aprendieron una regla general sobre cómo avanzar sin retroceder, una habilidad que pudieron aplicar a nuevos diseños de laberintos al día siguiente. También demostraron la capacidad de recordar la solución durante semanas. Lo más sorprendente fue que pudieron identificar qué punto de decisión específico en el laberinto era el más importante, incluso si esa decisión estaba lejos de la recompensa tanto en el espacio como en el tiempo. Esta capacidad de asignar crédito a una elección distante es una característica del aprendizaje sofisticado.
Los investigadores dirigieron entonces su atención a los ratones que carecían de neocorteza e hipocampo. Al principio, estos animales tuvieron dificultades. Exploraban el laberinto de manera ineficiente, corriendo de un lado a otro en los mismos pasillos y tardando mucho más en encontrar el agua que sus contrapartes normales. Parecían incapaces de construir un mapa mental del espacio durante su exploración inicial. Sin embargo, una vez que finalmente encontraron una recompensa y comenzaron a aprender, algo sorprendente sucedió. Los ratones acorticales mejoraron tan rápido como los ratones normales. Aprendieron a tomar rutas directas, recordaron el camino durante días e incluso semanas, y pudieron generalizar su conocimiento a nuevos diseños de laberinto. Incluso lograron identificar los puntos de decisión críticos en el complejo laberinto, demostrando que podían asignar valor a una elección realizada lejos de la recompensa.
El estudio sugiere que el retraso en los ratones acorticales no fue un fallo de aprendizaje, sino un fallo de exploración. Sin las estructuras cerebrales superiores, eran menos eficientes al recopilar información sobre el laberinto antes de encontrar una recompensa. Pero una vez que obtuvieron esa primera pieza de información, sus circuitos cerebrales restantes fueron plenamente capaces de procesarla, formar una memoria y utilizarla para navegar. Los investigadores utilizaron simulaciones por computadora para probar cómo diferentes algoritmos de aprendizaje podrían explicar este comportamiento. Encontraron que un modelo basado en la construcción de un mapa del entorno podía explicar el rápido éxito de los ratones, mientras que un modelo basado puramente en el refuerzo de ensayo y error no podía hacerlo. Esto respalda la idea de que el cerebro subcortical, la parte más antigua del cerebro, es capaz de construir un mapa cognitivo y aprender de muy pocas experiencias.
Este descubrimiento redefine nuestra comprensión de dónde reside la inteligencia en el cerebro. Demuestra que la capacidad de aprender rápidamente, recordar un camino y adaptarse a nuevas situaciones no es el dominio exclusivo de la neocorteza y el hipocampo. Estas funciones pueden emerger de las partes más profundas y antiguas del cerebro, siempre que el animal tenga la oportunidad de explorar y encontrar una recompensa. El estudio no afirma que la neocorteza y el hipocampo sean inútiles; más bien, sugiere que su función principal en este contexto podría ser facilitar la exploración inicial y la organización de la información, en lugar de ser la sede única del aprendizaje en sí mismo. La capacidad del cerebro para el aprendizaje espacial rápido parece ser un rasgo más fundamental y generalizado de lo que se pensaba anteriormente, residiendo en circuitos que han existido mucho antes de la evolución de las capas externas complejas del cerebro mamífero.
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