Las experiencias vitales dejan una huella profunda en la conectividad del cerebro, un hecho que la comunidad científica ha conocido durante mucho tiempo. Sin embargo, un estudio pionero realizado por investigadores del Centro Alemán de Enfermedades Neurodegenerativas (DZNE) y la Universidad Tecnológica de Dresde (TUD) en Alemania ha llevado este conocimiento un paso más allá.
Los resultados de esta investigación proporcionan una visión sin precedentes de la complejidad de las redes neuronales a gran escala y de la plasticidad cerebral, y podrían abrir el camino hacia nuevos métodos de inteligencia artificial inspirados en el cerebro. Estos hallazgos se han publicado en la prestigiosa revista científica Biosensors and Bioelectronics.
Innovador neurochip revela impacto de experiencias en el cerebro
En el epicentro de este estudio radica una tecnología revolucionaria denominada «neurochip», equipada con más de 4,000 electrodos diseñados para capturar la actividad eléctrica de las células cerebrales.
Este neurochip fue implantado en el hipocampo de ratones, una región cerebral fundamental para el aprendizaje y la memoria en humanos y particularmente susceptible a enfermedades neurodegenerativas como el Alzheimer.
La investigación se enfocó en comparar dos grupos de ratones: uno criado en jaulas estándar sin estímulos particulares y otro enriquecido con juguetes y laberintos plásticos.
Los resultados desbordaron las expectativas al revelar conexiones neuronales mucho más robustas en los ratones del entorno enriquecido. Las experiencias enriquecedoras, al parecer, potencian de manera literal las conexiones neuronales, sugiriendo que una vida activa y diversa puede reconfigurar el cerebro de manera profunda.
El biosensor multisitio basado en CMOS fue muy importante en el estudio de la plasticidad dependiente de la experiencia en los circuitos corticales del hipocampo. Este enfoque permitió cuantificar y mapear la mejora ocasionada por las experiencias en las características electrofisiológicas de la red, su excitabilidad y dinámica síncrona. Además, se analizó la sincronía de la población neuronal, el flujo dinámico de información espaciotemporal y la codificación dimensional.
Los resultados establecieron de manera inequívoca el impacto de las experiencias enriquecedoras en el conectoma funcional de la red cerebral, resaltando la complejidad de la red topológica en el hipocampo.
Nuevas vías para la inteligencia artificial
El profesor Gerd Kempermann, uno de los investigadores principales del estudio, resaltó la importancia de estos hallazgos al afirmar: «Todo lo que sabíamos hasta ahora en este campo procedía de estudios con electrodos individuales o de técnicas de imagen como la resonancia magnética. La resolución espacial y temporal de estas técnicas es mucho más gruesa que la de nuestro enfoque. Aquí podemos ver literalmente el funcionamiento de los circuitos a escala de una sola célula».
Este enfoque no solo amplía los límites de la investigación cerebral, sino que también tiene implicaciones en la inteligencia artificial, ya que puede inspirar nuevos algoritmos de aprendizaje automático basados en el funcionamiento cerebral.
Conclusión
Eestos descubrimientos abren nuevas perspectivas en la comprensión de cómo las experiencias enriquecedoras pueden remodelar el cerebro y mejorar su resiliencia frente al envejecimiento y las enfermedades neurodegenerativas. Además, el potencial de estos hallazgos para inspirar algoritmos de inteligencia artificial avanzados podría transformar la forma en que diseñamos sistemas de aprendizaje automático.
La plasticidad cerebral es un campo fascinante que sigue revelando sus secretos, y la investigación llevada a cabo por el DZNE y la TUD en Alemania ha dado un paso audaz hacia adelante en esta dirección, arrojando luz sobre la profunda interconexión entre nuestras experiencias y la arquitectura de nuestro cerebro.
Referencias:
High-resolution CMOS-based biosensor for assessing hippocampal circuit dynamics in experience-dependent plasticity: https://doi.org/10.1016/j.bios.2023.115471
