resumen: Los mapas mentales se activan en el cerebro al pensar en secuencias de experiencias, incluso sin movimiento físico. En un estudio con animales, descubrieron que la corteza entorrinal contiene un mapa cognitivo de experiencias, que se activa durante la simulación mental.
Este es el primer estudio que muestra la base celular de la simulación mental en un dominio no espacial. Los hallazgos podrían mejorar nuestra comprensión de la función cerebral y la formación de la memoria.
Hechos clave:
- Los mapas mentales se crean y activan sin necesidad de movimiento físico.
- La corteza entorrinal contiene mapas cognitivos de experiencias.
- Este estudio proporciona información sobre las bases celulares de la simulación mental.
fuente: Instituto de Tecnología de Massachusetts
Mientras recorre su ruta habitual al trabajo o al supermercado, su cerebro interactúa con mapas cognitivos almacenados en el hipocampo y la corteza entorrinal. Estos mapas almacenan información sobre las rutas que has tomado y los lugares que has visitado antes, para que puedas navegar cuando vayas allí.
Una nueva investigación del MIT ha descubierto que estos mapas mentales también se crean y activan cuando piensas sólo en secuencias de experiencias, en ausencia de cualquier movimiento físico o información sensorial.
En un estudio con animales, los investigadores descubrieron que la corteza entorrinal contiene un mapa cognitivo de lo que los animales experimentan mientras usan un joystick para desplazarse por una serie de imágenes. Estos mapas cognitivos luego se activan al pensar en estas secuencias, incluso cuando las imágenes no son visibles.
Este es el primer estudio que demuestra la base celular de la simulación mental y la imaginación en un dominio no espacial mediante la activación del mapa cognitivo en la corteza entorrinal.
«Estos mapas cognitivos se emplean para realizar navegación mental, sin ninguna entrada sensorial o salida motora. Podemos ver la firma de este mapa», dice Mehrdad Jazayeri, profesor asociado de ciencias cognitivas y cerebrales, miembro del Instituto McGovern del MIT. Brain Research y autor principal. Se manifiesta a medida que el animal pasa mentalmente por estas experiencias”.
Sujaya Neupane, científica investigadora del Instituto McGovern, es la autora principal del artículo, que aparecerá en naturaleza. Ella Vitti, profesora de ciencias cognitivas y del cerebro en el MIT, miembro del Instituto McGovern para la Investigación del Cerebro del MIT y directora del Instituto K. Lisa Yang de Neurociencia Computacional Integrativa también es autora del artículo.
Mapas mentales
Una gran cantidad de trabajos en modelos animales y humanos han demostrado que las representaciones de ubicaciones físicas se almacenan en el hipocampo, una pequeña estructura con forma de caballito de mar, y en la cercana corteza entorrinal. Estas representaciones se activan cuando el animal se desplaza por un espacio en el que ha estado antes, inmediatamente antes de recorrerlo o cuando está dormido.
«La mayoría de los estudios anteriores se han centrado en cómo estas regiones reflejan las estructuras y detalles del entorno a medida que el animal se mueve físicamente a través del espacio», dice Jazayeri.
«Cuando un animal se mueve por una habitación, sus experiencias sensoriales están bien codificadas por la actividad de las neuronas en el hipocampo y la corteza entorrinal».
En el nuevo estudio, Jazayeri y sus colegas querían explorar si estos mapas cognitivos también se construyen y luego se utilizan durante procesos puramente mentales o al imaginar movimientos en dominios no espaciales.
Para explorar esta posibilidad, los investigadores entrenaron a los animales para que usaran un joystick para trazar un camino a través de una serie de imágenes («puntos de referencia») espaciadas a intervalos regulares. Durante el entrenamiento, a los animales se les mostró sólo un subconjunto de los pares de imágenes, pero no todos los pares. Una vez que los animales aprendieron a navegar a través de las parejas de entrenamiento, los investigadores probaron si los animales eran capaces de manejar nuevas parejas que nunca antes habían visto.
Una posibilidad es que los animales no aprendan el mapa cognitivo de la secuencia y, en cambio, resuelvan la tarea utilizando una estrategia de memorización. Si es así, se espera que tengan dificultades con las nuevas parejas. En cambio, si los animales se basan en un mapa cognitivo, deberían poder generalizar su conocimiento a pares novedosos.
«Los resultados fueron claros e inequívocos», dice Jazayeri. «Los animales pudieron navegar mentalmente entre nuevos pares de imágenes desde la primera vez que fueron evaluados. Este hallazgo proporcionó una fuerte evidencia conductual de la existencia de un mapa cognitivo, pero ¿cómo crea el cerebro dicho mapa?».
Para responder a esta pregunta, los investigadores registraron neuronas individuales en la corteza entorrinal mientras los animales realizaban esta tarea.
Las respuestas neuronales tenían una característica sorprendente: cuando los animales usaban un joystick para moverse entre dos puntos de referencia, las neuronas mostraban distintos picos de actividad asociados con la representación mental de los puntos de referencia superpuestos.
«El cerebro experimenta estos aumentos de actividad en el momento esperado cuando las imágenes superpuestas pasan frente a los ojos del animal, lo que nunca sucede», dice Jazayeri.
«Y el tiempo entre estos golpes, crucialmente, fue exactamente el tiempo al que el animal esperaba llegar, que en este caso fue 0,65 segundos».
Los investigadores también demostraron que la velocidad de la simulación mental estaba relacionada con el desempeño de los animales en la tarea: cuando llegaban ligeramente tarde o temprano en completar la tarea, su actividad cerebral mostraba un cambio similar en el tiempo.
Los investigadores también encontraron evidencia de que las representaciones mentales en la corteza entorrinal no codifican características visuales específicas de las imágenes, sino más bien la disposición ordinal de las características.
modelo para el aprendizaje
Para explorar más a fondo cómo funcionan estos mapas cognitivos, los investigadores construyeron un modelo computacional para imitar la actividad cerebral que encontraron y mostrar cómo se generaba.
Utilizaron un tipo de modelo conocido como modelo de atracción persistente, que se desarrolló originalmente para modelar cómo la corteza entorrinal rastrea la posición de un animal a medida que se mueve, basándose en información sensorial.
Los investigadores personalizaron el modelo agregando un componente capaz de aprender patrones de actividad generados por información sensorial. Luego, este modelo pudo aprender a usar esos patrones para reconstruir esas experiencias más adelante, cuando no había información sensorial.
«El elemento clave que necesitábamos agregar es que este sistema tiene la capacidad de aprender bidireccionalmente comunicándose con entradas sensoriales. A través del aprendizaje asociativo por el que pasa el modelo, en realidad recreará esas experiencias sensoriales», dice Jazayeri.
Los investigadores ahora planean estudiar qué sucede en el cerebro si los puntos de referencia no están espaciados uniformemente o si están dispuestos en un anillo. También esperan registrar la actividad cerebral en el hipocampo y la corteza entorrinal cuando los animales aprenden por primera vez a realizar una tarea de navegación.
«Ver la memoria de una estructura cristalizar en la mente y cómo eso conduce a la actividad neuronal que surge es una forma realmente valiosa de preguntar cómo ocurre el aprendizaje», dice Jazayeri.
Financiación: La investigación fue financiada por el Consejo de Investigación de Ingeniería y Ciencias Naturales de Canadá, los Fondos de Investigación de Quebec, los Institutos Nacionales de Salud y el Premio Paul y Lily Newton Brain Science.
Acerca de esta noticia de investigación de la memoria.
autor: Abby Appazorius
fuente: Instituto de Tecnología de Massachusetts
comunicación: Abby Apazourius – Instituto de Tecnología de Massachusetts
imagen: Imagen acreditada a Neuroscience News.
Búsqueda original: Acceso cerrado.
«Producción de vectores mediante navegación mental en la corteza entorrinal.“Por Mehrdad Jazayeri y otros. naturaleza
un resumen
Producción de vectores mediante navegación mental en la corteza entorrinal.
Un mapa cognitivo es una representación adecuadamente organizada que permite realizar nuevos cálculos utilizando la experiencia previa; Por ejemplo, planificar una nueva ruta en un lugar conocido. El trabajo con mamíferos ha encontrado evidencia directa de tales representaciones en presencia de entradas sensoriales externas tanto en el dominio espacial como en el no espacial.
Aquí hemos probado un postulado fundamental de la teoría de mapas cognitivos original: que los mapas cognitivos soportan cálculos internos sin información externa.
Grabamos desde la corteza entorrinal de monos en una tarea de navegación mental que requería que los monos usaran un joystick para producir vectores unidimensionales entre pares de puntos de referencia visuales sin ver los puntos de referencia intermedios.
La capacidad de los monos para realizar la tarea y generalizar a nuevas parejas sugiere que confiaron en una representación organizada de los puntos de referencia. Las neuronas moduladas por tareas mostraron una periodicidad y una inclinación consistentes con la estructura temporal de los puntos de referencia y mostraron firmas de redes de atractores persistentes.
El modelo de red de atractores continuos de integración de caminos aumentado con un mecanismo de aprendizaje similar al hippie proporcionó una explicación de cómo el sistema recuerda puntos de referencia internamente.
El modelo también hizo una predicción inesperada de que los puntos de referencia internos ralentizan transitoriamente la integración de la ruta, restableciendo la dinámica y, por lo tanto, reduciendo la variabilidad. Esta predicción se confirmó en un nuevo análisis de la variabilidad y el comportamiento de la tasa de disparo.
Nuestros hallazgos vinculan los patrones de actividad organizados en la corteza entorrinal con el reclutamiento endógeno del mapa cognitivo durante la navegación mental.
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