¿Dónde está tu cerebro? #Neurociencia

Los investigadores del MIT han revelado cómo el cerebro mantiene el foco en el premio.

El estudio indica que el neurotransmisor dopamina puede indicar el valor de las recompensas a largo plazo. El trabajo se publica esta semana en Nature. Estudios previos han relacionado la dopamina con las recompensas, y han demostrado que las neuronas de dopamina muestran breves ráfagas de actividad cuando los animales reciben una recompensa inesperada. Esta señales de dopamina se cree que son importante para el aprendizaje de refuerzo, el proceso por el cual un animal aprende a realizar acciones que conducen a recompensar.

En la mayoría de los estudios que se realizan, la recompensa se ha entregado a los pocos segundos. En la vida real, sin embargo, la satisfacción no siempre es inmediata: los animales a menudo deben viajar en busca de alimento, y deben de mantener la motivación sobre un objetivo lejano, respondiendo al mismo tiempo a las señales más inmediatas. La misma situación es cierta para los seres humanos, como el ejemplo que detallan: un conductor en un largo viaje por carretera debe permanecer enfocado en llegar a su destino final, mientras, también debe de reaccionar ante el tráfico y otras circunstancias. El equipo del MIT, dirigido por el profesor del Instituto Ann Graybiel, que es también uno de los investigadores en el Instituto McGovern del MIT para la Investigación del Cerebro, decidió estudia cómo la cambia la dopamina durante una tarea de trabajo en un laberinto, con la gratificación retrasada. Los investigadores entrenaron a las ratas para navegar por un laberinto para alcanzar una recompensa. Durante cada ensayo una rata se escuchaba un tono indicando que girara a la derecha o a la izquierda en una intersección para encontrar una recompensa de chocolate con leche. Los investigadores del MIT querían medir cuánta dopamina se libera en el cuerpo estriado, un estructura cerebral que se conoce su importancia en los aprendizajes por refuerzo. Ellos se unieron a Paul Phillips de la Universidad de Washington, que ha desarrollado una tecnología llamada voltametría cíclica de barrido rápido (FSCV) en el que electrodos diminutos de fibra de carbono, que están implantados, permiten mediciones de forma continua de la concentración de dopamina, en base a su huella digital electroquímica. “Estamos adaptando el método FSCV para que podamos medir la dopamina en hasta cuatro sitios diferentes en el cerebro al mismo tiempo, ya que los animales se mueven libremente por el laberinto”, explica M.Howe, Doctor en el Departamento de Neurobiología de la Universidad de Northwestern. “Cada sonda mide la concentración de dopamina extracelular en un pequeño volumen de tejido cerebral, y probablemente refleja la actividad de miles de terminales nerviosos”.

En un trabajo previo, en el que se buscaba medir el aumento gradual de dopamina, los investigadores esperaban ver pulsos de dopamina liberada en los diferentes instantes de elección, pero en realidad se encontraron con algo mucho más sorprendente. Graybiel dice: “el nivel de dopamina aumentó de forma constante a lo largo de cada ensayo, con un pico cuando el animal se acercó a su objetivo”, como en la anticipación de una recompensa, el comportamiento de las ratas varió de un ensayo a otro. Algunas carreras fueron más rápidas que otras, a veces, los animales se detenían, pero la señal de dopamina no varió con la velocidad o la duración del ensayo. Tampoco depende de la probabilidad de obtener un premio, algo que había sido sugerido por estudios anteriores. “En cambio, la señal de dopamina parece reflejar la distancia de la rata a su objetivo”, explica Graybiel. “Cuanto más cerca se pone, más fuerte es la señal”.

Los investigadores también encontraron que el tamaño de la señal está relacionado con el tamaño de la recompensa esperada. Cuando las ratas fueron entrenadas para anticipar un trago grande de leche con chocolate, la señal de dopamina aumentó más abruptamente a una concentración fina más alta.  En algunos ensayos el laberinto en forma de T se extiende en una forma compleja, que requiere que los animales realicen ejecuciones más complicadas. Durante estos ensayos la señal de dopamina se va incrementando de forma más gradual, hasta alcanzar el mismo nivel que en el laberinto más corto. “Es como si el animal fuese ajustando sus expectativas, sabiendo que tenía que seguir avanzando”, dice Graybiel. Es como un sistema de guía interno, “esto significa que los niveles de dopamina podrían utilizarse para ayudar a un animal a tomar decisiones sobre el camino a la meta y estimar la distancia al objetivo”, dice Terrence Sejnowski del Instituto Salk, un neurocientífico computacional. Este sistema de guía interna también podría ser útil para los seres humanos, que también tenemos que tomar decisiones en el camino, para lo que puede ser un objetivo lejano. Una pregunta que Graybiel espera examinar en futuras investigaciones es como surge la señal en el cerebro. Las ratas y otros animales forman mapas cognitivos de su entorno espacial, con las llamadas “células del lugar”, que son activas cuando el animal está en una ubicación específica.

Se sabe que los pacientes con Parkinson, en los que la señalización de la dopamina se ve afectada, a menudo parecen ser apáticos y tienen dificultades para mantener la motivación cuando hay completar una tarea a largo plazo. “Tal vez es porque no pueden producir esta señal de rampa lenta”, Graybiel.

El estudio fue realizado en el MIT, con la Universidad de Washington. Financiado por el INS, de Parkinson National Foundation, CHDI. McGovern Institute for Brain Research

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