Hace tiempo que se sabe que las experiencias dejan su huella en la conectividad del cerebro, pero un estudio pionero realizado por investigadores del Centro Alemán de Enfermedades Neurodegenerativas (DZNE) y la Universidad Tecnológica de TUD Dresden ahora muestra cuán masivos son realmente estos efectos. Los hallazgos en ratones brindan información sin precedentes sobre la complejidad de las redes neuronales a gran escala y la plasticidad cerebral. Además, podrían allanar el camino para nuevos métodos de inteligencia artificial inspirados en el cerebro. Los resultados, basados ​​en una innovadora tecnología de « cerebro en chip », se publican en la revista científica Biosensors and Bioelectronics.

Los investigadores de Dresden exploraron la cuestión de cómo una experiencia enriquecida afecta los circuitos del cerebro. Para ello desplegaron un denominado neurochip con más de 4.000 electrodos para detectar la actividad eléctrica de las células cerebrales. Esta innovadora plataforma permitió registrar el « disparo » de miles de neuronas simultáneamente. El área examinada, mucho más pequeña que el tamaño de una uña humana, cubría todo el hipocampo de un ratón. Esta estructura cerebral, compartida por los humanos, juega un papel fundamental en el aprendizaje y la memoria, lo que la convierte en un objetivo principal para los estragos de demencias como la enfermedad de Alzheimer. Para su estudio, los científicos compararon tejido cerebral de ratones, que fueron criados de manera diferente. Mientras que un grupo de roedores creció en jaulas estándar, que no ofrecían ningún estímulo especial, los otros se alojaron en un « ambiente enriquecido » que incluía juguetes reorganizables y tubos de plástico con forma de laberinto.

« Los resultados superaron con creces nuestras expectativas », dijo el Dr. Hayder Amin, científico principal del estudio. Amin, experto en neuroelectrónica y neurociencia no computacional, dirige un grupo de investigación en DZNE. Con su equipo, desarrolló la tecnología y las herramientas de análisis utilizadas en este estudio. « Simplificando, se puede decir que las neuronas de los ratones del entorno enriquecido estaban mucho más interconectadas que las de los criados en alojamiento estándar. Independientemente del parámetro que observáramos, una experiencia más rica literalmente impulsó las conexiones en las redes neuronales. Estos hallazgos sugieren que liderar una vida activa y variada da forma al cerebro en terrenos completamente nuevos ».

Información sin precedentes sobre las redes cerebrales

El Prof. Gerd Kempermann, quien codirige el estudio y ha estado trabajando en la cuestión de cómo la actividad física y cognitiva ayuda al cerebro a desarrollar resiliencia frente al envejecimiento y las enfermedades neurodegenerativas, atestigua: « Todo lo que sabíamos en esta área hasta ahora ha sido tomado de estudios con electrodos individuales o técnicas de imagen como la resonancia magnética. La resolución espacial y temporal de estas técnicas es mucho más gruesa que nuestro enfoque. Aquí podemos ver literalmente el circuito en funcionamiento hasta la escala de células individuales. Aplicamos computación avanzada herramientas para extraer una gran cantidad de detalles sobre la dinámica de la red en el espacio y el tiempo de nuestras grabaciones ».

« Hemos descubierto una gran cantidad de datos que ilustran los beneficios de un cerebro moldeado por una rica experiencia. Esto allana el camino para comprender el papel de la plasticidad y la formación de reservas en la lucha contra las enfermedades neurodegenerativas, especialmente con respecto a las nuevas estrategias preventivas », dijo el profesor Kempermann. dijo, quien, además de ser investigador de DZNE, también está afiliado al Centro de Terapias Regenerativas de Dresden (CRTD) en TU Dresden. « Además, esto ayudará a proporcionar información sobre los procesos de enfermedad asociados con la neurodegeneración, como las disfunciones de las redes cerebrales ».

Potencial con respecto a la inteligencia artificial inspirada en el cerebro

« Al desentrañar cómo las experiencias dan forma al conectoma y la dinámica del cerebro, no solo estamos ampliando los límites de la investigación del cerebro », afirma el Dr. Amin. « La inteligencia artificial se inspira en la forma en que el cerebro procesa la información. Por lo tanto, nuestras herramientas y los conocimientos que permiten generar podrían abrir el camino a nuevos algoritmos de aprendizaje automático ».