Influencia de los estados cerebrales en la toma de decisiones.

Resumen: Un nuevo estudio sobre la toma de decisiones en ratones revela que la elección no es un momento singular sino un reflejo del estado preexistente del cerebro.

La investigación, que utiliza el ensayo de Buridan, sugiere que el cerebro del ratón transmite constantemente su objetivo, incluso antes de que haya opciones disponibles, con patrones de actividad neuronal que predicen la elección.

El hambre y la sed no impulsan directamente el comportamiento; en cambio, modulan el establecimiento de objetivos del cerebro, con un elemento de aleatoriedad que provoca compensaciones entre necesidades, asegurando que ambas se satisfagan con el tiempo.

Aspectos principales

1. El hambre y la sed modulan indirectamente el comportamiento de los ratones, influyendo en el objetivo del cerebro en lugar de motivar directamente la elección.
2. Los patrones de actividad de las neuronas en el cerebro pueden predecir la elección de un ratón incluso antes de que enfrente opciones, lo que indica una transmisión constante del objetivo actual del cerebro.
3. La aleatoriedad juega un papel clave en la toma de decisiones, y los ratones a menudo repiten elecciones antes de cambiarlas abruptamente, lo que en última instancia garantiza que tanto el hambre como la sed queden satisfechas.

Fuente: stanford

Tomar decisiones es difícil. Incluso cuando sabemos lo que queremos, nuestra elección a menudo deja algo más sobre la mesa. Para un ratón hambriento, cada bocado cuenta. ¿Y si la decisión fuera más trascendental que elegir entre migas y queso?

Investigadores de Stanford estudiaron cómo los ratones resuelven conflictos entre necesidades básicas en un estudio publicado en Naturaleza el 8 de noviembre. Presentaron a ratones hambrientos y sedientos igual acceso a comida y agua y observaron lo que sucedió a continuación.

El comportamiento de los ratones sorprendió a los científicos. Algunos gravitaron primero hacia el agua, mientras que otros eligieron la comida. Luego, con períodos de indulgencia aparentemente “aleatorios”, alternaban de un lado a otro.

En su estudio, el estudiante de doctorado Ethan Richman, autor principal del artículo, y colegas de los departamentos de Biología, Psiquiatría y Ciencias del Comportamiento y Bioingeniería exploraron por qué.

Este trabajo se basa en años de colaboración entre los coautores principales Karl Deisseroth, profesor D.H. Chen en Medicina de Stanford, y Liqun Luo, profesor Ann y Bill Swindells en la Facultad de Humanidades y Ciencias, para comprender cómo el cerebro mantiene vivas a las personas. el cuerpo .

Buridán es qué?

«Existe un viejo dilema filosófico llamado el asno de Buridan», explicó Richman, «donde tienes un burro que tiene la misma hambre y sed y está igualmente lejos de la comida y el agua».

El concepto fue postulado por los filósofos Aristóteles, Jean Buridan y Baruch Spinoza, en diferentes formas. La pregunta era si el burro elegiría una necesidad sobre otra o se quedaría obstinadamente en el medio.

Pero los animales toman decisiones constantemente. Debemos satisfacer nuestras necesidades para mantener la homeostasis. Richman y sus colegas querían saber cómo el cerebro dirige el tráfico a través de señales contradictorias para burlarse de Buridan. Llaman a su experimento conductual «Ensayo de Buridan».

Si el hambre o la sed motivaran directamente a un ratón a comer o beber, cambiarían cuando una necesidad superara a la otra. Cuando las necesidades fueran iguales, el mouse permanecería bloqueado. Esto no es lo que observaron los investigadores.

«Nuestros datos indican que la sed y el hambre no actúan como fuerzas directas sobre el comportamiento», dijo Richman. “En cambio, modulan el comportamiento de manera más indirecta. Están influyendo en lo que consideramos el objetivo actual del ratón”.

El objetivo de un ratón.

A menudo pensamos en las elecciones como en un momento decisivo. Los investigadores querían comprender cuándo y dónde se originan en el cerebro las elecciones entre comida y agua. Utilizando avances recientes en la tecnología de grabación, monitorearon la actividad de neuronas individuales esparcidas por el cerebro del ratón.

Para su sorpresa, los patrones de actividad de las neuronas en todo el cerebro predijeron la elección del ratón, incluso antes de que se le presentaran las opciones.

«En lugar de un único momento de elección, el cerebro del ratón transmite constantemente su objetivo actual», dijo Richman.

“Los resultados de las decisiones más difíciles que usted toma -cuando las opciones están estrechamente equilibradas en términos de importancia, pero las categorías son fundamentalmente diferentes- pueden tener que ver con el estado en el que se encontraba su cerebro, incluso antes de tomar la decisión. presentado”, dijo Deisseroth.

«Es un resultado interesante y nos ayuda a comprender mejor aspectos del comportamiento humano».

Explorando el azar

Los investigadores descubrieron que los ratones hambrientos y sedientos a menudo hacen la misma elección repetidamente antes de cambiar repentinamente.

“En el modo de comida, el ratón simplemente comerá y comerá. En modo de bebida, beberá y beberá”, dijo Luo.

“Pero hay un aspecto de aleatoriedad que los lleva a pasar de uno a otro. De esta manera, a largo plazo, satisfacen ambas necesidades, aunque en un momento dado elijan sólo una.»

Para probar esta aparente aleatoriedad, los investigadores realizaron otro experimento, esta vez con ratones hambrientos. Mientras los ratones comían, los científicos introdujeron sed mediante una técnica llamada optogenética.

Con la optogenética utilizaron la luz para activar las neuronas que provocan la sed. A veces los ratones cambiaban al agua, otras la ignoraban y seguían comiendo. El nivel de sed fue el mismo cada vez, lo que llevó a los investigadores a concluir que existe una aleatoriedad clave que influye en el objetivo del ratón.

Los científicos estaban desconcertados por la interacción entre esta aleatoriedad y las intensidades relativas del hambre y la sed. Para comprender esto mejor, recurrieron a modelos matemáticos. Inspirados por una similitud conceptual entre sus resultados y un campo distante de la física, los investigadores tomaron prestadas, optimizaron y simularon varias ecuaciones.

«Nos sorprendió y entusiasmó mucho descubrir que algunas ecuaciones simples de una disciplina aparentemente no relacionada podían predecir con precisión aspectos del comportamiento del ratón y la actividad cerebral», dijo Richman.

Los resultados de sus modelos sugirieron que la actividad cerebral relacionada con objetivos del ratón está en constante movimiento. Queda atrapado por necesidades como el hambre y la sed. Para escapar y pasar de un objetivo a otro, el ratón depende de una afortunada serie de actividades aleatorias.

Este trabajo establece la importancia de cambiar el estado básico del cerebro a la hora de tomar decisiones. En el futuro, los investigadores explorarán qué marca la pauta y por qué las decisiones no siempre tienen sentido.

Más allá de Buridán

«En cuanto al burro de Buridan, podemos decir que la decisión del burro está tomada antes de que se le dé una opción», dice Richman, «y si tiene que esperar, su elección puede cambiar espontáneamente». Las aplicaciones clínicas de este trabajo en el contexto humano son un poco más complejas.

«Como psiquiatra, a menudo pienso en cómo tomamos decisiones saludables (adaptativas) o perjudiciales (mala adaptación)», dijo Deisseroth. (Los comportamientos desadaptativos afectan la capacidad de las personas para tomar decisiones que favorezcan sus mejores intereses y son comunes en los trastornos psiquiátricos).

“Es muy difícil para familiares y amigos ver a sus seres queridos actuar en contra de sus propios instintos de supervivencia. Puede ser útil comprender que las decisiones tomadas reflejan el paisaje dinámico subyacente del cerebro del paciente, influenciado por el trastorno más que por la voluntad consciente del paciente.

Si bien es posible que este trabajo no explique el comportamiento humano, comienza a revelar un marco importante para la toma de decisiones. «Esta es una ciencia de descubrimiento básica que depende de cierta neuroingeniería bastante avanzada, pero en esencia abordamos preguntas universales en las que la gente piensa y experimenta todo el tiempo», dijo Deisseroth.

«Es apasionante desarrollar y aplicar herramientas modernas para abordar estas cuestiones tan antiguas, profundas y personales».

Otros coautores de Stanford incluyen a la ex estudiante de posgrado Nicole Ticea, BS ’20, que ahora es estudiante de doctorado en Stanford, y al ex estudiante de posgrado William E. Allen, PhD ’19, que ahora está en la Universidad de Harvard.

Deisseroth también es profesor de bioingeniería, psiquiatría y ciencias del comportamiento, así como miembro de Stanford Bio-X y del Instituto de Neurociencias Wu Tsai.

Luo también es profesor de biología, miembro de la facultad de Sarafan ChEM-H y miembro de Stanford Bio-X, el Instituto del Cáncer de Stanford y el Instituto de Neurociencias Wu Tsai. Deisseroth y Luo son investigadores del Instituto Médico Howard Hughes.

Financiación: Este trabajo fue financiado por la Fundación Nacional de Ciencias, los Institutos Nacionales de Salud y la Fundación Gatsby.

Sobre esta noticia sobre toma de decisiones e investigación en neurociencia

Autor: taylor kubota
Fuente: stanford
Contacto: Taylor Kubota – Stanford
Imagen: Crédito de la imagen a Neuroscience News.

Investigacion original: Acceso libre.
“La difusión del paisaje neuronal resuelve los conflictos entre necesidades a lo largo del tiempo» por Ethan Richman et al. Naturaleza

Abstracto

La difusión del paisaje neuronal resuelve los conflictos entre necesidades a lo largo del tiempo

Los animales realizan comportamientos flexibles destinados a satisfacer sus necesidades fisiológicas básicas. Sin embargo, se sabe poco sobre cómo se eligen comportamientos unitarios en presencia de necesidades conflictivas.

Aquí revelamos los principios mediante los cuales el cerebro resuelve tales conflictos entre necesidades a lo largo del tiempo.

Desarrollamos un paradigma experimental en el que a un ratón hambriento y sediento se le da libertad para elegir entre comida y agua igualmente espaciadas. Descubrimos que los ratones obtienen recompensas apropiadas a sus necesidades estructurando sus elecciones en períodos persistentes con transiciones estocásticas.

Los registros electrofisiológicos de alta densidad durante este comportamiento revelaron correlatos distribuidos de neuronas individuales y poblaciones neuronales de un estado objetivo interno persistente que guía las elecciones futuras del ratón. Captamos estos fenómenos con un modelo matemático que describe un estado global de necesidad que retumba en un panorama energético en constante cambio.

Las simulaciones de modelos predijeron con éxito datos neuronales y de comportamiento, incluida la dinámica neuronal de la población antes de las transiciones elegidas y en respuesta a la estimulación optogenética de la sed.

Estos hallazgos proporcionan un marco general para resolver conflictos de necesidades a lo largo del tiempo, arraigados en las propiedades emergentes de la persistencia del estado dependiente de la necesidad y los cambios impulsados ​​por el ruido entre objetivos de comportamiento.