Los científicos de la UCLA observaron la actividad de un gran número de neuronas en los cerebros de las ratas mientras los animales navegaban por un laberinto de realidad virtual. Crédito: Mehta Lab/UCLA
Los científicos saben desde hace mucho tiempo que la región del cerebro llamada hipocampo es importante para la memoria, el aprendizaje y la navegación.
Ahora, los científicos de un laboratorio de UCLA dirigido por el neurofísico Mayank Mehta están obteniendo una comprensión más profunda de cómo funciona el hipocampo a nivel de circuito, es decir, funciones que involucran redes de millones de neuronas. Ese conocimiento podría ser un paso importante hacia el desarrollo de tratamientos para trastornos neurológicos como la enfermedad de Alzheimer, la esquizofrenia y la epilepsia, todos los cuales están relacionados con la disfunción en el hipocampo.
En su último estudio, publicado en la revista Nature, los científicos estudiaron ratas en un laberinto de realidad virtual. Mientras observaban las actividades de un gran número de neuronas individuales en el hipocampo de cada animal, los científicos descubrieron respuestas en esas neuronas que revelaron un mecanismo específico para la navegación.
«El hipocampo es una de las primeras regiones afectadas en enfermedades basadas en la memoria como el Alzheimer», dijo el autor principal del estudio, Jason Moore, ex becario postdoctoral de UCLA que ahora está en la Universidad de Nueva York. «Así que es crucial comprender su funcionalidad, flexibilidad y límites».
El estudio podría ayudar a explicar por qué las personas con daños en el hipocampo luchan no solo con las llamadas tareas espaciales, como encontrar el camino a casa o localizar un juego de llaves perdido, sino también con tareas de memoria, como recordar lo que almorzaron o si tomaron su medicación diaria.
El experimento utilizó un tipo de sistema de realidad virtual que se desarrolló en Mehta’s laboratorio. El objetivo de la tecnología es mantener a los animales cómodos y evitar causar mareos y otros síntomas que otros sistemas de realidad virtual pueden desencadenar.
Para el estudio, las ratas se colocaron en una pequeña caminadora dentro de una caja con imágenes de un laberinto proyectadas. en las paredes del recipiente. Se animó a las ratas a correr por el laberinto para encontrar su recompensa, una gota de agua azucarada. Para llegar a la recompensa, las ratas necesitaban discernir dónde estaban en relación con los objetos virtuales que las rodeaban, dónde debían ir para recibir sus recompensas y qué tan lejos estaba el destino.
Varios Se probaron animales durante muchas sesiones, lo que permitió a los investigadores observar cómo cambiaban las respuestas de las neuronas a medida que las ratas aprendían a navegar por el laberinto.
Los científicos observaron que las neuronas del hipocampo codificaban múltiples aspectos de la ubicación del animal donde se encuentra. espacio, el ángulo de su cuerpo en relación con su recompensa y cuánto se ha movido a lo largo de su camino, un fenómeno llamado «multiplexación».
Ese hallazgo es significativo porque se pensaba ampliamente que las neuronas del hipocampo codifican solo para la posición.
«Descubrimos que en el laberinto virtual, las neuronas transportan muy poca información sobre la posición de la rata», dijo Mehta, profesor de neurología, neurobiología y física de la UCLA. «En cambio, la mayoría de las neuronas codifican otros aspectos de la navegación, como la distancia recorrida y la dirección en la que se dirige el cuerpo».
Los científicos también observaron que a medida que las ratas ganaban experiencia en el laberinto, sus neuronas «recordaban » el laberinto aún más confiable y preciso.
La investigación en el laboratorio de Mehta y en otros lugares durante los últimos 25 años ha demostrado que tales cambios en la actividad de las neuronas o la neuroplasticidad ocurren a través de un proceso que los neurocientíficos llaman aprendizaje hebbiano. Ese proceso está mediado por un neuroquímico llamado NMDA, que es un objetivo común para los medicamentos que se usan para tratar los trastornos neurológicos.
Mehta dijo que la neuroplasticidad que los científicos observaron en las ratas probablemente se deba al aprendizaje hebbiano en miles de millones de sinapsis. Esa conclusión se demostró aún más cuando los investigadores inyectaron a los animales sustancias para inhibir su NMDA, lo que perjudicó su desempeño en el laberinto.
«Sorprendentemente, la neuroplasticidad fue mucho mayor en el entorno de realidad virtual que en el entorno real más simple». -laberintos del mundo», dijo Mehta. «Además, esta neuroplasticidad potenciada estaba relacionada con el rendimiento».
También contribuyeron a la investigación los coautores Jesse Cushman, Lavanya Acharya y Brianna Popeny, todos de UCLA, así como varios estudiantes universitarios de UCLA.
En estudios futuros, Mehta y sus colegas realizarán investigaciones similares en ratas y humanos con problemas de memoria, para probar si la realidad virtual se puede usar para el diagnóstico temprano y para evaluar la efectividad de los medicamentos.
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La realidad virtual aumenta los ritmos cerebrales cruciales para la neuroplasticidad, el aprendizaje y la memoria Más información: Jason J. Moore et al, Linking hippocampal multiplexed tuning, Hebbian plasticity and navigation, Nature ( 2021). DOI: 10.1038/s41586-021-03989-z Información de la revista: Nature
Proporcionado por la Universidad de California, Los Ángeles Cita: El experimento de realidad virtual con ratas ofrece nuevos conocimientos about how neurons enable learning (2021, 22 de octubre) recuperado el 29 de agosto de 2022 de https://medicalxpress.com/news/2021-10-vr-rats-insights-neurons-enable.html Este documento está sujeto a derechos de autor. Aparte de cualquier trato justo con fines de estudio o investigación privados, ninguna parte puede reproducirse sin el permiso por escrito. El contenido se proporciona únicamente con fines informativos.