18 de diciembre de 2012
RedOrbit Staff & Wire Reports - Your Universe Online
Una de las características únicas de la mente humana es su capacidad para volver a priorizar sus objetivos y prioridades a medida que las situaciones cambian y surge nueva información. Esto sucede cuando cancela un crucero planificado porque necesita el dinero para reparar su automóvil averiado, o cuando interrumpe su trote matutino porque su teléfono celular está sonando en su bolsillo.
En un nuevo estudio publicado en el Actas de la Academia Nacional de Ciencias (PNAS), investigadores de la Universidad de Princeton dicen que han descubierto los mecanismos que controlan cómo nuestros cerebros utilizan la información nueva para modificar nuestras prioridades existentes.
El equipo de investigadores del Instituto de Neurociencias de Princeton (PNI) usó imágenes de resonancia magnética funcional (IRMf) para escanear sujetos y descubrir dónde y cómo el cerebro humano vuelve a priorizar los objetivos. Como era de esperar, descubrieron que el cambio de objetivos tiene lugar en la corteza prefrontal, una región del cerebro que se sabe está asociada con una variedad de comportamientos de nivel superior. También observaron que el poderoso neurotransmisor dopamina, también conocido como el "placer químico", parece jugar un papel crítico en este proceso.
Usando un pulso magnético inofensivo, los científicos interrumpieron la actividad en la corteza prefrontal de los participantes mientras jugaban y descubrieron que no podían cambiar a una tarea diferente en el juego.
"Hemos encontrado un mecanismo fundamental que contribuye a la capacidad del cerebro para concentrarse en una tarea y luego cambiar de manera flexible a otra tarea", explicó Jonathan cohen, codirector de PNI y de la universidad Robert Bendheim y Lynn Bendheim Thoman Professor en neurociencia.
"Las deficiencias en este sistema son fundamentales para muchos trastornos críticos de la función cognitiva, como los observados en la esquizofrenia y el trastorno obsesivo-compulsivo".
Investigaciones anteriores ya habían demostrado que cuando el cerebro utiliza información nueva para modificar sus objetivos o comportamientos, esta información se archiva temporalmente en la memoria de trabajo del cerebro, un tipo de almacenamiento de memoria a corto plazo. Hasta ahora, sin embargo, los científicos no han comprendido los mecanismos que controlan cómo se actualiza esta información.
UTILIZANDO JUEGOS PARA TOMAR DECISIONES DE PINPOINT
Junto con el autor principal del estudio. Kimberlee D'Ardenne Cohen y su equipo idearon un estudio que les permitió escanear el cerebro de sus sujetos mientras jugaban un juego de Virginia Tech y de sus colegas investigadores Neir Eshel, Joseph Luka, Agatha Lenartowicz y Leight Nystrom. El juego requería que los participantes presionaran botones específicos dependiendo de diferentes señales visuales. Si se les mostró la letra A antes de la letra X, se les pidió que presionaran un botón con la etiqueta "1". Sin embargo, si vieron la letra B antes de la X, entonces tuvieron que presionar un botón con la etiqueta "2".
Sin embargo, en una versión anterior de la tarea, primero se les pidió a los participantes que presionaran el botón 1 cuando veían X, independientemente de qué letras la precedieran. Por lo tanto, la regla A y B que se introdujo en la segunda ronda sirvió como la "nueva información" que el participante tuvo que usar para actualizar su objetivo de decidir qué botón presionar.
Luego de examinar la IRMf, los investigadores encontraron una mayor actividad en la corteza prefrontal derecha cuando los participantes completaban la tarea más compleja que involucraba tomando una desición entre dos botones basados en las indicaciones visuales A y B. Sin embargo, este no era el caso para la versión más sencilla de la tarea.
Los resultados de Cohen corroboran los hallazgos de su propio proyecto de investigación anterior de 2010 que utilizó un método de escaneo diferente para medir el tiempo de la actividad cerebral.
En el estudio actual, el equipo de investigación también administró pulsos magnéticos cortos a la corteza prefrontal para confirmar que esta es, de hecho, la región del cerebro involucrada en la actualización de la memoria de trabajo. Basándose en la sincronización del pulso en el estudio anterior, los científicos administraron el pulso magnético en el momento preciso en que creían que la corteza prefrontal derecha debía actualizar la memoria. Descubrieron que si emitían el pulso exactamente 0.15 segundos después de que los participantes vieran las letras A o B, no podían presionar el botón correcto. De este modo, pudieron utilizar el pulso magnético para interrumpir el proceso de actualización de la memoria.
"Predijimos que si el pulso se administrara a la parte del córtex prefrontal derecho que se observa con la RMf, y en el momento en que el cerebro está actualizando su información tal como lo reveló el EEG, el sujeto no retendría la información sobre A y B, interfiriendo con su desempeño en la tarea de presionar un botón ”, explicó Cohen.
LA DOPAMINA COMO GATEKEEPER DE NUESTRA MEMORIA DE TRABAJO
En la última parte del experimento, el equipo de Cohen quería probar su teoría de que el neurotransmisor dopamina es responsable de etiquetar nueva información e importante para actualizar la memoria de trabajo y los objetivos cuando ingresa a la corteza prefrontal. La dopamina es una sustancia química natural que se sabe que desempeña funciones clave en varios procesos mentales, como los que involucran la motivación y la recompensa.
Para hacer esto, el equipo usó nuevamente el fMRI para escanear una región llamada cerebro medio que está densamente poblada con células nerviosas especializadas, conocidas como núcleos dopaminérgicos, que son responsables de producir la mayoría de las señales de dopamina del cerebro. Los investigadores rastrearon la actividad de estas células nerviosas emisoras de dopamina mientras los participantes realizaron las tareas y encontraron una correlación significativa entre la actividad cerebral en estas áreas y en la corteza prefrontal derecha.
"La parte notable fue que las señales de dopamina se correlacionaban con el comportamiento de nuestros voluntarios y su actividad cerebral en la corteza prefrontal", explicó Cohen.
"Esta constelación de hallazgos proporciona una fuerte evidencia de que los núcleos dopaminérgicos están permitiendo que la corteza prefrontal retenga información que es relevante para actualizar el comportamiento, pero no información que no lo sea".
El profesor David Badre, de la Brown University, especialista en ciencias cognitivas, lingüísticas y psicológicas, cree que el trabajo del equipo de Cohen representa un gran paso adelante en el intento de la ciencia de comprender cómo nuestro cerebro actualiza su memoria de trabajo.
Aunque no participó directamente en el estudio, Badre escribió un comentario sobre el estudio que fue publicado en línea a principios de noviembre por PNAS. En él afirmó que: “Los mecanismos por los cuales el cerebro logra un equilibrio adaptativo entre la flexibilidad y la estabilidad siguen siendo la base de mucha investigación actual en neurociencia cognitiva. Estos resultados proporcionan una base para nuevas investigaciones sobre los mecanismos neuronales del comportamiento flexible dirigido hacia objetivos ".
;