El resultado más importante de este experimento es que nunca se había visto actividad predictiva de la decisión antes de la presentación de la información sensorial

En la toma de decisiones, una zona del cerebro permite predecir el comportamiento incluso antes que se dé el estímulo

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Para los seres vivos obtener una correcta estimación del mundo exterior a través de los sentidos es un proceso de vital importancia para poder tomar la decisión más beneficiosa en cada situación particular. Aunque el proceso de la percepción del mundo exterior ha sido estudiado en detalle, aún quedan muchas preguntas abiertas sobre cómo el cerebro integra las diferentes fuentes de información que recibe para llevar a cabo la toma de decisiones.

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UPF / Los investigadores diseñaron un estudio con el objetivo principal de entender mejor el proceso de toma de decisiones a nivel neuronal así como las regiones del cerebro involucradas en este proceso. Para ello se trabajó con animales entrenados en resolver una tarea de discriminación auditiva en un entorno en que el pasado reciente es relevante. Se vio que, para maximizar la probabilidad de éxito, los participantes eran capaces de combinar la información sensorial que se les proporciona con la información de que disponen de su pasado próximo.

FIGURARamon Nogueira, investigador del Centro de Cognición y Cerebro (CBC) de la UPF y primer autor del trabajo junto a Juan M. Abolafia, explica que “hemos encontrado que neuronas del córtex orbitofrontal codifican el conjunto de variables relevantes para la correcta realización de la tarea: el pasado reciente, la información sensorial actual y sorprendentemente, hemos puesto de manifiesto por primera vez actividad predictiva de la decisión incluso antes de que la información sensorial sea presentada”.

Este trabajo se ha publicado en Nature Communications y ha sido liderado por Rubén Moreno Bote, investigador principal del CBC con la colaboración de Ramon Nogueira, miembro de su equipo, ambos del Departamento de Tecnologías de la Información y la Comunicación (DTIC) de la UPF; también han participado  Maria Vitoria Sánchez Vives, investigadora principal del IDIBAPS del Hospital Clínico de Barcelona, que a su vez ha contado con la colaboración de Juan M. Abolafia, miembro de su laboratorio. Jan Drugowitsch, investigador de la Universidad de Harvard (Massachusetts, USA) y  Emili Balaguer-Ballester de la Universidad de Bournemouth (UK), también son coautores del estudio.

Estos investigadores han estudiado la actividad del córtex orbitofrontal, una área del cerebro relacionada con los circuitos de recompensa y han visto que esta área podría estar más implicada en el proceso de toma decisiones en entornos complejos de lo que se creía hasta ahora. Los resultados obtenidos muestran que el córtex orbitofrontal integra la información procedente del córtex sensorial con la información acumulada por la experiencia reciente y de esta forma guía el proceso de toma de decisiones de la mejor manera posible. Este trabajo es uno de los primeros en analizar, a nivel del comportamiento y a nivel neuronal, los mecanismos y procesos subyacentes durante el proceso de toma de decisiones cuando el pasado reciente es informativo, así como las regiones encargadas de integrar estos dos tipos de información.

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Trabajo experimental en animales entrenados  para interpretar la duración de estímulos auditivos

Un grupo de ratas fueron entrenadas para realizar una tarea de discriminación auditiva en un entorno donde el pasado reciente era informativo. En cada repetición del experimento, se les presentaban dos tonos idénticos separados por un intervalo de tiempo determinado. Cuando el intervalo de tiempo era largo respecto a un intervalo de referencia, debían responder hacia la derecha, cuando el intervalo era corto, debían responder hacia  la izquierda.

“Sólo leyendo la actividad de las neuronas fuimos capaces de predecir su decisión antes de que la información sensorial fuera presentada (estímulo)”

Además, se añadió una nueva contingencia según fuera la respuesta al estímulo: cuando la respuesta era correcta el intervalo de tiempo entre los dos tonos se aleatorizaba para la repetición siguiente, cuando la respuesta era incorrecta en la repetición siguiente se volvía a presentar exactamente el mismo intervalo de tiempo. De esta forma, si los sujetos  mantenían una memoria de cuál fue su respuesta y si fue correcta o no en el pasado reciente, su probabilidad de responder correctamente en la repetición siguiente aumentaba.

En cuanto a los resultados principales de este experimento, Ramón Nogueira explica que “en primer lugar, los sujetos entienden la estructura de la tarea: deben combinar la información del pasado reciente con la información sensorial para maximizar la probabilidad de acierto en cada repetición. En segundo lugar, las neuronas codifican a través de su nivel de actividad variables cruciales para realizar la tarea: decisión y recompensa previa y estímulo actual, entre otros. Finalmente, sólo leyendo la actividad de las neuronas fuimos capaces de predecir su decisión antes de que la información sensorial fuera presentada (estímulo)”.

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Análisis del comportamiento de las neuronas del córtex orbitofontal cerebral

Simultáneamente se realizaron registros electrofisiológicos en el córtex orbitofrontal de forma que los investigadores tuvieron acceso a la actividad de un pequeño grupo de neuronas con una resolución temporal muy alta. La actividad neuronal se analizó principalmente de dos formas: predecir la modulación de la actividad neuronal a partir de las variables del experimento relevantes y, viceversa, predecir variables tanto del comportamiento como del entorno a partir de la actividad conjunta de las poblaciones neuronales.

Este trabajo se ha publicado en Nature Communications / UPF

Este trabajo se ha publicado en Nature Communications / UPF

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Para los investigadores, el resultado más importante de este experimento es que nunca se había visto actividad predictiva de la decisión antes de la presentación de la información sensorial. Al haber sido encontrada esta señal en el córtex orbitofrontal, la conclusión principal es que esta región del cerebro podría estar mucho más involucrada en la toma de decisiones de lo que se creía hasta ahora.  A la luz de los resultados, esta región podría ser la responsable de integrar la información sensorial con la experiencia reciente para generar una decisión que tenga en cuenta toda la información accesible y de esta forma maximizar su probabilidad de acierto.

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Referencia bibliográfica:
Ramon Nogueira, Juan M. Abolafia, Jan Drugowitsch, Emili Balaguer-Ballester, Maria V. Sánchez-Vives and Rubén Moreno-Bote, (2017), Lateral orbitofrontal cortex anticipates choices and integrates prior with current information, Nature Communications, DOI: 10.1038/ncomms14823