El cerebro es un dispositivo increíblemente complejo y misterioso, muy grande y con demasiadas conexiones internas para ser totalmente programable genéticamente. Su conectividad interna por lo tanto, debe auto-organizarse, basándose por un lado en la regulación genética, y por el otro, en la experiencia y el aprendizaje. El cerebro puede cambiar su base de conectividad interna, por ejemplo, la correlación entre las entradas que recibe y las consecuentes acciones asociadas a dichas entradas, a este fenómeno generalmente lo llamamos aprendizaje asociativo.
En nuestra vida diaria, hay numerosos ejemplos de este tipo de aprendizaje, y sus conocidas consecuencias, ya sean de un olor o una melodía en la radio, pueden desencadenar recuerdos del pasado que han estado inactivos durante algún tiempo. «Un recuerdo así (un olor, sonido, sabor, o cualquier otro estímulo sensorial), es una prueba de aprendizaje asociativo, y lo que nos interesaba aquí era entender los trucos que utiliza el cerebro para crear estas asociaciones específicas», señala Gilles Laurent, Director del Instituto Max Planck para la investigación cerebral.
Junto con su exalumno y becario postdoctoral de Caltech, Stijn Cassenaer, Gilles Laurent se propuso examinar el fenómeno usando insectos como sistema modelo. Una estructura de gran importancia para el aprendizaje en el cerebro del insecto se llama cuerpo nueropilo [mushroom body]. Está compuesto de un gran número de neuronas (en las abejas, por ejemplo, de varios cientos de miles), y ha demostrado ser indispensable para diversas formas de aprendizaje olfativo (es decir, aprendizaje asociado a los olores). Lo que Cassenaer y Laurent se propusieron hacer fue explicar una aparente paradoja: ¿cómo puede un olor que está memorizado específicamente para seguir una asociación de recompensa, conocer qué señales cerebrales representan la recompensa cuando están difundidas ampliamente por todo el cuerpo blando, y por lo tanto, no son específicas por sí mismas.
Descubrieron que la respuesta se basa en una interacción entre la señal de recompensa y un fenómeno sináptico conocido como pico de tiempo dependiente de la plasticidad (STDP), que fue descubierto hace unos 15 años por Henry Markram y Bert Sakmann, entonces en el Instituto Max Planck para investigación médica, en Heidelberg. Los nuevos resultados indican que STDP por sí solo (se trata del fortalecimiento o debilitamiento de las conexiones sinápticas entre las neuronas, que depende de la activación de las neuronas en una rápida sucesión de unas con otras), sirve como una «etiqueta» para las sinapsis que hay que modificar. Una vez identificada como tal, la señal de recompensa no específica puede actuar de forma específica, y hacer tan sólo la sinapsis marcada de manera precisa. Según Laurent: «El descubrimiento de esta modulación es sólo el comienzo. El sustento molecular, así como el proceso asociado con la lectura de las memorias, son áreas de gran necesidad de exploración.»
El estudio, «Conditional modulation of spike-timing-dependent plasticity for olfactory learning», fue financiado por Lawrence Hanson Chair at Caltech en Caltech, el Instituto Nacional de la Sordera y otros trastornos de Comunicación, Caltech’s Broad Fellows Program, la Oficina de Investigación Naval de EE.UU., y la Sociedad Max Planck.
- Referencia: Max-Planck-Gesellschaft.de, 27 enero 2012, contacto prof. Gilles Laurent
- Laurent y Cassenaer useron saltamontes para estudiar el aprendizaje asociativo.
- © MPG
- Anatomía de los artrópodos, en Wikipedia .
- Pedro Donaire
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