INVESTIGACIÓN COLABORATIVA: PRIMER MAPA CEREBRAL COMPLETO DE LA TOMA DE DECISIONES

Doce laboratorios de Estados Unidos y Europa han realizado coordinadamente el primer mapa cerebral completo que refleja la toma de decisiones en mamíferos. El megaproyecto fue dirigido por el Laboratorio Internacional del Cerebro (IBL), una colaboración de neurocientíficos experimentales y teóricos de toda Europa y los EE. UU., cuyo objetivo es comprender los circuitos cerebrales que regulan el comportamiento complejo.

Para ello, el IBL basó su enfoque para comprender el cerebro en iniciativas similares de colaboración experimental controlada rigurosamente, como las pruebas de física de partículas realizadas en el CERN o el trabajo del Proyecto Genoma Humano para comprender nuestro ADN.

En este proyecto se utilizaron 139 ratones a los que se les implantaron 699 dispositivos de registro cerebral llamados sondas Neuropixels en 279 regiones cerebrales que suponen el 95 % del volumen cerebral del ratón, controlando más de seiscientas mil neuronas. Estas sondas pueden registrar hasta 1.000 neuronas individuales simultáneamente.

Los investigadores sometieron a los ratones a una prueba conductual sencilla que todos y cada uno de los doce laboratorios pudieron replicar con fiabilidad: colocaron a los ratones frente a una pantalla y un marcador de rayas blancas y negras parpadeaba a la derecha o a la izquierda. Si los ratones movían una pequeña rueda en la misma dirección del destello, recibían una recompensa.

Este conjunto de datos sin precedentes permitió una evaluación exhaustiva de la actividad cerebral durante la toma de decisiones, revelando representaciones amplias y superpuestas de estímulos, movimientos y recompensas en todo el cerebro. El conjunto de datos también captura una codificación más selectiva de las expectativas previas en regiones específicas.

Al poner estos datos a disposición del resto de participantes en la investigación, junto con procesos de preprocesamiento estandarizados y metadatos, el proyecto proporciona un recurso técnico esencial para su desarrollo, lo que permite a los investigadores explorar los cálculos neuronales distribuidos con coherencia y reproducibilidad. Este criterio establece un nuevo estándar para la neurociencia colaborativa y escalable.

Los resultados de la investigación se han publicado en dos artículos en la revista Nature:

Brain-wide representations of prior information in mouse decision-making (Representaciones de información previa en todo el cerebro durante la toma de decisiones en ratones) 

A brain-wide map of neural activity during complex behaviour (Un mapa de la actividad neuronal en todo el cerebro durante el comportamiento complejo).

Según la consideración tradicional de la neurociencia, cabría esperar que la actividad cerebral durante el experimento siguiera una trayectoria lineal. En primer lugar se activarían las células de la corteza visual que reconocen imágenes, seguidas de las neuronas de otra parte del cerebro, la corteza prefrontal, que participa en decisiones abstractas. Esta información podría combinarse con actividad adicional que representara las experiencias previas del ratón; en otras palabras, los recuerdos, antes de enviarse a las regiones motoras del cerebro que controlan las respuestas musculares.

Sin embargo, aunque los hallazgos de los investigadores respaldaron en parte esta reacción en cadena, ya que la corteza visual fue lo primero que se activó, otros aspectos mostraron resultados inesperados. En palabras de Matteo Carandini, neurocientífico del University College de Londres e investigador principal del IBL, "Encontramos muestras de decisión y señales relacionadas con la información previa en muchas más regiones cerebrales de las que pensábamos."

En algunos ensayos experimentales, los investigadores hicieron que el marcador en pantalla fuera increíblemente tenue, por lo que los ratones básicamente tuvieron que adivinar en qué dirección mover la rueda. El segundo artículo de Nature se centró en cómo los ratones utilizaron las expectativas previas —basadas en la posición del marcador en pruebas anteriores— para fundamentar su suposición. La actividad cerebral que se manifestó cuando los ratones adivinaron en estas tareas también se distribuyó mucho más ampliamente en el cerebro de lo que el equipo anticipó.

En conjunto, la actividad en casi todas las regiones cerebrales estudiadas podría utilizarse para deducir si el ratón había recibido una recompensa. Los datos mostraron que, en la toma de decisiones, por ejemplo, están involucradas muchas áreas cerebrales, más de las que eran esperables, mientras que en el procesamiento sensorial las áreas están más delimitadas. En resumidas cuentas, que el cerebro funciona más como un todo que parceladamente cuando se trata de generar comportamientos complejos y ello se muestra en este primer mapa cerebral completo de la toma de decisiones en mamíferos, conseguido principalmente mediante la mejora de las protocolizaciones de laboratorio en condiciones de control riguroso y reproducible.

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