Las reglas del cerebro parecen simples: disparar juntos, alambre juntos.
Cuando se activan grupos de neuronas, se interconectan. Esta purple es cómo aprendemos, razonamos, formamos recuerdos y nos adaptamos a nuestro mundo, y es posible gracias a las sinapsis, pequeñas uniones que salpican las ramas de una neurona que reciben y transmiten aportes de otras neuronas.
Las neuronas a menudo se les ha llamado las unidades computacionales del cerebro. Pero estudios más recientes sugieren que ese no es el caso. Sus cables de entrada, llamados dendritas, parecen Ejecute sus propios cálculosy estos alteran la forma en que las neuronas, y sus redes asociadas, funcionan.
A nuevo estudio en Ciencia arroja luz sobre cómo funcionan estas “mini-computadora”. Un equipo de la Universidad de California, San Diego, observó cómo las sinapsis se iluminaban en el cerebro de un ratón mientras aprendía una nueva habilidad motor. Dependiendo de su ubicación en las dendritas de una neurona, las sinapsis siguieron diferentes reglas. Algunos estaban ansiosos por hacer conexiones locales. Otros formaron circuitos más largos.
“Nuestra investigación proporciona una comprensión más clara de cómo se modifican las sinapsis durante el aprendizaje”. dicho El autor del estudio William “Jake” Wright en un comunicado de prensa.
El trabajo ofrece una thought de cómo funciona cada neurona a medida que codifica recuerdos. “La adquisición, el almacenamiento y la recuperación constantes de los recuerdos se encuentran entre las características más esenciales y fascinantes del cerebro”. escribió Ayelén I. Groisman y Johannes J. Letzkus en la Universidad de Friburgo en Alemania, que no participaron en el estudio.
Los resultados podrían proporcionar información sobre el “aprendizaje fuera de línea”, como cuando los grabadores del cerebro fugazes en los más permanentes durante el sueño, un proceso que aún no entendemos completamente.
También podrían inspirar nuevos métodos de IA. La mayoría de los algoritmos actuales basados en el cerebro tratan cada neurona synthetic como una entidad única con sinapsis siguiendo el mismo conjunto de reglas. Ajustar estas reglas podría impulsar el cálculo más sofisticado en cerebros mecánicos.
Un bosque neuronal
Flip abre un neurociencia Libro de texto, y verá un dibujo de una neurona. El extremo receptor, el Dendrite, se parece a las ramas densas de un árbol. Estas ramas canalizan las señales eléctricas en el cuerpo de la celda. Otra rama transmite mensajes salientes a las celdas vecinas.
Pero las neuronas vienen en múltiples formas y tamaños. Algunos rechonchos crean circuitos locales que usan ramas muy cortas. Otros, por ejemplo, las células piramidales, tienen dendritas largas y sinewy que alcanzan la parte superior del cerebro como el brócolini. En el otro extremo, brotan arbustos para recolectar aportes de regiones cerebrales más profundas.
Punteado a lo largo de todas estas ramas hay pequeños centros llamados sinapsis. Los científicos han sabido durante mucho tiempo que las sinapsis se conectan durante el aprendizaje. Aquí, las sinapsis ajustan sus muelles moleculares para que estén más o menos dispuestos a establecer contactos con las sinapsis vecinas.
Pero, ¿cómo saben las sinapsis qué ajustes contribuyen mejor a la actividad normal de la neurona? La mayoría solo captura información native, pero de alguna manera, se unen para modificar la salida de la celda. “Cuando las personas hablan de la plasticidad sináptica, generalmente se considera uniforme dentro del cerebro”. dicho Wright. Pero el aprendizaje inicialmente ocurre dentro de sinapsis individuales, cada una con su propia personalidad.
Los científicos han buscado respuesta a esta pregunta, conocida como el problema de la asignación de crédito, al observar un puñado de neuronas en un plato o simulaciones de ejecución. Pero las neuronas en estos estudios no son parte de las redes de todo el cerebro que usamos para aprender, codificar y almacenar recuerdos, por lo que no pueden capturar cómo contribuyen las sinapsis individuales.
Equipo de doble equipo
En el nuevo estudio, los investigadores agregaron genes a ratones para que pudieran monitorear sinapsis únicas en la región del cerebro involucradas en el movimiento. Luego entrenaron a los ratones para presionar una palanca para una delicia acuosa.
Durante dos semanas, el equipo capturó la actividad de las células piramidales, las que tienen ramas largas en un extremo y arbustos en el otro. En lugar de solo observar la actividad de cada neurona en su conjunto, el equipo también vio sinapsis individuales a lo largo de cada dendrite.
No se comportaron de la misma manera. Las sinapsis en la rama más larga más cerca de la parte superior del cerebro, conocida como la dendrite apical, sincronizada con vecinos. Sus conexiones fortalecieron y formaron una purple más estricta.
“Esto indica que la plasticidad relacionada con el aprendizaje se rige por las interacciones locales entre las entradas sinápticas cercanas en dendritas apicales”, escribió Groisman y Letzkus.
Por el contrario, las sinapsis en las dendritas basales similares a los arbustos fortalecieron o debilitaron en su mayoría sus conexiones a paso con la actividad normal de la neurona.
El cuerpo celular de una neurona, de la cual brotan las dendritas, también es una máquina informática. En otro experimento, el bloqueo de la acción del cuerpo celular cortó señales de las dendritas basales pero no de las dendritas apicales. En otras palabras, las sinapsis de la neurona funcionaron de manera diferente, dependiendo de dónde estaban. Algunos siguieron la actividad international en la célula; A otros se preocuparon más por los problemas locales.
“Este descubrimiento cambia fundamentalmente la forma en que entendemos cómo el cerebro resuelve el problema de la asignación de crédito, con el concepto de que las neuronas individuales realizan cálculos distintos en paralelo en diferentes compartimentos subcelulares”, dijo el autor senior Takaki Komiyama en el comunicado de prensa.
El trabajo se une a otros esfuerzos que muestran la complejidad del cerebro. Lejos de una unidad de cálculo, las ramas de una neurona pueden emplear reglas de manera versatile para codificar recuerdos.
Esto plantea aún más preguntas.
Las dos dendritas —Apical y basal, recurren diferentes tipos de información de diferentes áreas del cerebro. Las técnicas del estudio podrían ayudar a los científicos a cazar y desarmar estas diferentes conexiones de purple y, a su vez, a aprender más sobre cómo formamos nuevos recuerdos. También son misteriosas las sinapsis deshendritas apicales que no se ven afectadas por las señales del cuerpo celular.
Una teoría sugiere que la independencia del management central podría permitir que “cada rama dendrítica funcione como una unidad de memoria independiente, aumentando en gran medida la capacidad de almacenamiento de información de las neuronas individuales”, escribió Groisman y Letzkus. Estas sinapsis también podrían ser críticas para el “aprendizaje fuera de línea”, como durante el sueño, cuando construimos recuerdos duraderos.
El equipo ahora está estudiando cómo las neuronas usan estas diferentes reglas, y si cambian en los trastornos de Alzheimer, autismo, adicción o postraumáticos. El trabajo podría ayudarnos a comprender mejor lo que “sale mal en estas diferentes enfermedades”, dijo Wright.
