El cerebro evaluador

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Los mecanismos por los que el cerebro aprende a predecir lo que puede suceder han sido objeto de intensa investigación durante décadas

El cerebro humano, y también el de muchos otros animales, es la sede de capacidades extraordinarias que han surgido a lo largo de la evolución en la dura pelea por la supervivencia. Una de estas capacidades es la habilidad para predecir lo que con mayor o menor probabilidad puede suceder en el futuro, atribuir un valor mayor o menor a ese suceso, y tomar las decisiones más adecuadas ante la eventualidad de que el aún futuro suceso se materialice en la realidad o no.

Los mecanismos por los que el cerebro aprende a predecir lo que puede suceder han sido objeto de intensa investigación durante décadas. La idea más plausible que se barajó inicialmente era que el cerebro aprendía mediante el simple proceso de comparar lo que él predecía sobre la realidad con lo que realmente la realidad le presentaba. Si la predicción sobre un evento se cumplía, no hacía falta aprender nada, pero si la predicción era errónea, era necesario aprender para ajustar mejor a la realidad la siguiente predicción.

En efecto, en los años 90 del pasado siglo se descubrió que el cerebro había adquirido durante la evolución un mecanismo para llevar a cabo estas predicciones y ajustarlas a la realidad cuando era necesario. El grupo de investigación dirigido por el Dr. Wolfram Schultz confirmó que el mesencéfalo de los primates respondía de una manera bastante sorprendente frente a las recompensas dadas a los animales tras realizar ciertas tareas. Si los monos bajo estudio eran recompensados de una forma superior a la que ellos esperaban, las neuronas que, para comunicarse, fabrican y utilizan el neurotransmisor dopamina (llamadas por ello dopaminérgicas, en adelante ND) se activaban con intensidad. Si la recompensa era similar a la esperada por los animales, estas neuronas mantenían una actividad en el rango normal. En cambio, si la recompensa era menor que la esperada, las neuronas ND disminuían su activación por debajo de lo normal.

Estos descubrimientos revelaron que la actividad de las neuronas ND del mesencéfalo es una respuesta celular frente al llamado error de predicción, es decir, la diferencia entre lo que se espera y lo que realmente sucede. La pregunta que se hicieron los neurocientíficos frente a estos datos fue ¿cómo hacen las neuronas ND para calcular el error de predicción? ¿Cómo determinan el nivel de actividad sináptica que deben desarrollar frente al valor de la diferencia entre lo esperado y la realidad?

Las investigaciones sobre este asunto condujeron a la identificación de otro tipo de neuronas que también parecían estar involucradas en esta tarea. Estas neuronas se comunican entre ellas con el neurotransmisor llamado ácido gamma amino butírico, más conocido como GABA (del inglés: Gamma Amino Butyric Acid), y se sitúan también en el mesencéfalo, en otra región llamada área tegmental ventral.

Luz sobre las neuronas

Mediante técnicas de biología molecular, las neuronas pueden ser genéticamente manipuladas para que produzcan ciertas proteínas sensibles a luz láser de una frecuencia determinada. En esas condiciones, cuando son estimuladas por esa luz, las neuronas se activan y, al dejar de ser iluminadas, disminuyen su actividad. Esta nueva técnica, combinación de óptica y genética, ha sido denominada optogenética, y proporciona una herramienta de manipulación de la actividad neuronal muy potente, sin parangón con las utilizadas hasta ahora.

La manipulación de la actividad de las neuronas GABA mediante la optogenética produjo efectos muy curiosos. Cuando las neuronas GABA eran activadas, la actividad de las neuronas ND frente a las recompensas se modificó de manera dramática. Ahora, las neuronas ND no aumentaban su actividad frente a una recompensa superior a la esperada. Inversamente, si se inhibía la actividad de las neuronas GABA, las neuronas ND se activaban por encima de lo normal frente a recompensas esperadas.

Estos y otros estudios revelaron que la actividad de las neuronas GABA de alguna forma refleja el valor de la recompensa esperada. Este valor es comunicado a las neuronas ND, las cuales calculan el error de predicción y se activan de acuerdo con el valor estimado para el mismo.

Si los monos en el laboratorio son entrenados para esperar ciertas recompensas que siempre se producen, esto no es lo que sucede en la realidad, la cual a veces puede regalarnos con lo esperado y muchas más veces incomodarnos con lo inesperado. Cada suceso futuro tiene una probabilidad mayor o menor de suceder. En otras palabras, la probabilidad de que una cierta recompensa se produzca debe también ser evaluada a la hora de tomar decisiones sobre si debemos intentar o no hacer los esfuerzos necesarios para conseguirla.

Por esta razón, investigadores de la Universidad de Cambridge han estudiado ahora si las neuronas ND pueden o no evaluar también la probabilidad de que una determinada recompensa se produzca. Para ello, de manera similar a la que hizo Pavlov con sus famosos perros, entrenaron a monos a aprender que ciertas imágenes que eran presentadas como estímulos en la pantalla de un ordenador eran recompensadas con la misma recompensa, pero en frecuencias diferentes, por ejemplo, la recompensa se daba una de cada dos o una de cada cuatro veces que la imagen se mostraba. Los monos tenían que aprender a distinguir entre los estímulos de acuerdo con la probabilidad de recibir la recompensa que cada estímulo representaba.

Los resultados de estos estudios demuestran que las neuronas ND también participan en el aprendizaje de la probabilidad de recibir o no una recompensa. La actividad de las neuronas ND de los monos reflejó la probabilidad de recibir una recompensa asociada a cada imagen mostrada. Cuando los monos fueron obligados a elegir entre dos imágenes para obtener la recompensa, la actividad de las neuronas ND reflejaba la diferencia entre las probabilidades de ambos estímulos para conseguir la recompensa deseada.

Muchas personas deciden cada día qué hacer para maximizar los beneficios de sus inversiones, para conseguir trabajo, para vender más productos… Toda nuestra actividad económica, en el fondo, podría depender del buen funcionamiento de nuestras neuronas ND. Algo sobre lo que reflexionar en días de crisis. Al fin y al cabo, nosotros también somos primates.

Referencias: (1). Dopamine neurons learn relative chosen value from probabilistic rewards Lak et al. eLife 2016;5:e18044. DOI: 10.7554/eLife.18044. (2). Neir Eshel (2016) Trial and error. Science. 2 DECEMBER 2016 • VOL 354 ISSUE 6316,pp. 1108.