Como seres humanos, vivimos en nuestros pensamientos: desde reflexionar sobre qué preparar para la cena hasta soñar despiertos con nuestras últimas vacaciones en la playa. Ahora, investigadores del Campus de Investigación Janelia del HHMI han descubierto que los animales también poseen imaginación.
Un equipo de los laboratorios Lee y Harris desarrolló un novedoso sistema que combina la realidad virtual y una interfaz cerebro-máquina para sondear los pensamientos internos de una rata. Descubrieron que, al igual que los humanos, los animales pueden pensar en lugares y objetos que no están justo frente a ellos, usando sus pensamientos para imaginarse caminando hacia un lugar o moviendo un objeto remoto a un lugar específico.
Al igual que los humanos, cuando los roedores experimentan lugares y eventos, se activan patrones de actividad neuronal específicos en el hipocampo, un área del cerebro responsable de la memoria espacial. El nuevo estudio encuentra que las ratas pueden generar voluntariamente estos mismos patrones de actividad y hacerlo para recordar ubicaciones remotas distantes de su posición actual.
“De hecho, la rata puede activar la representación de lugares en el entorno sin tener que ir allí”, dice Chongxi Lai, postdoctorado en los laboratorios Harris and Lee y primer autor de un artículo que describe los nuevos hallazgos. “Incluso si su cuerpo físico está fijo, sus pensamientos espaciales pueden ir a un lugar muy remoto”.
Esta capacidad de imaginar lugares alejados de la posición actual es fundamental para recordar eventos pasados e imaginar posibles escenarios futuros. Por tanto, el nuevo trabajo muestra que los animales, al igual que los humanos, poseen una forma de imaginación, según los autores del estudio.
“Imaginar es una de las cosas extraordinarias que los humanos pueden hacer. Ahora hemos descubierto que los animales también pueden hacerlo y encontramos una manera de estudiarlo”, dice Albert Lee, ex líder de grupo en Janelia y ahora investigador del HHMI en el Centro Médico Beth Israel Deaconess.
Una nueva interfaz cerebro-máquina
El proyecto comenzó hace nueve años cuando Lai llegó a Janelia como estudiante de posgrado con la idea de probar si un animal podía pensar. Su asesor, Tim Harris, miembro senior de Janelia, sugirió a Lai que caminara por el pasillo para charlar con Lee, cuyo laboratorio tenía preguntas similares. Juntos, los laboratorios trabajaron para desarrollar un sistema para comprender lo que piensan los animales: un “detector de pensamiento” en tiempo real que podría medir la actividad neuronal y traducir lo que significa.
El sistema utiliza una interfaz máquina-cerebro (IMC), que proporciona una conexión directa entre la actividad cerebral y un dispositivo externo. En el sistema del equipo, la IMC produce una conexión entre la actividad eléctrica en el hipocampo de la rata y su posición en un campo de realidad virtual de 360 grados.
El hipocampo almacena mapas mentales del mundo involucrados en recordar eventos pasados e imaginar escenarios futuros. El recuerdo de la memoria implica la generación de patrones de actividad específicos del hipocampo relacionados con lugares y eventos. Pero nadie sabía si los animales podían controlar voluntariamente esta actividad. La IMC permite a los investigadores probar si una rata puede activar la actividad del hipocampo con solo pensar en un lugar de la arena sin ir físicamente allí; esencialmente, detectar si el animal es capaz de imaginar que va a ese lugar.
Sondeando los pensamientos internos de la rata
Una vez desarrollado su sistema, los investigadores tuvieron que crear el “diccionario de pensamiento” que les permitiría decodificar las señales cerebrales de la rata. Este diccionario recopila cómo se ven los patrones de actividad cuando la rata experimenta algo, en este caso, lugares en el ámbito de la realidad virtual.
La rata está enganchada al sistema de realidad virtual, diseñado por Shinsuke Tanaka, un postdoctorado en el Lee Lab. Mientras la rata camina sobre una cinta rodante esférica, sus movimientos se traducen en la pantalla de 360 grados. La rata es recompensada cuando navega hacia su objetivo.
Al mismo tiempo, el sistema IMC registra la actividad del hipocampo de la rata. Los investigadores pueden ver qué neuronas se activan cuando la rata navega por la arena para alcanzar cada objetivo. Estas señales proporcionan la base para una IMC del hipocampo en tiempo real, con la actividad del hipocampo del cerebro traducida en acciones en la pantalla.
A continuación, los investigadores desconectan la cinta de correr y recompensan a la rata por reproducir el patrón de actividad del hipocampo asociado con la ubicación de un objetivo. En esta tarea “Jumper”, que lleva el nombre de una película del mismo nombre de 2008, la IMC traduce la actividad cerebral del animal en movimiento en la pantalla de realidad virtual.
Esencialmente, el animal usa sus pensamientos para navegar hacia la recompensa pensando primero en dónde debe ir para obtener la recompensa. Este proceso de pensamiento es algo que los humanos experimentamos con regularidad. Por ejemplo, cuando nos piden que vayamos a comprar comida a una tienda que conocemos, podemos imaginar los lugares por los que pasaremos en el camino antes de salir de casa.
En la segunda tarea, la tarea “Jedi”, un guiño a Star Wars, la rata mueve un objeto a un lugar únicamente con sus pensamientos. La rata está fija en un lugar virtual pero “mueve” un objeto a una meta en el espacio de realidad virtual controlando su actividad hipocampal, de la misma manera que una persona sentada en su oficina podría imaginarse tomando una taza al lado de la máquina de café y llenándola de café. Luego, los investigadores cambiaron la ubicación del objetivo, requiriendo que el animal produjera patrones de actividad asociados con la nueva ubicación.
El equipo descubrió que las ratas pueden controlar de manera precisa y flexible la actividad de su hipocampo, de la misma manera que probablemente lo hacen los humanos. Los animales también son capaces de mantener esta actividad del hipocampo, manteniendo sus pensamientos en un lugar determinado durante muchos segundos, un período de tiempo similar al que los humanos reviven eventos pasados o imaginan nuevos escenarios.
“Lo sorprendente es cómo las ratas aprenden a pensar en ese lugar, y en ningún otro, durante un período de tiempo muy largo, basándose en nuestra noción, quizás ingenua, de la capacidad de atención de una rata”, dice Harris.
La investigación también muestra que la IMC se puede utilizar para sondear la actividad del hipocampo, proporcionando un sistema novedoso para estudiar esta importante región del cerebro. Dado que el BMI se utiliza cada vez más en prótesis, este nuevo trabajo también abre la posibilidad de diseñar nuevos dispositivos protésicos basados en los mismos principios, según los autores.
El estudio se publica en la revista Science.
Fuente: Phys.org.
