El primer mapa global de la actividad cerebral revela que no hay centro de mando en las decisiones

Cada día tomamos decisiones casi sin darnos cuenta, como qué ropa ponernos, qué comer, qué dirección seguir cuando caminamos o, al conducir, si girar, frenar o cambiar de carril.

Algunas de estas elecciones pueden ser rápidas y casi automáticas, pero detrás de ellas el cerebro está procesando información, valorando opciones y anticipando lo que va a suceder.

Y ¿cómo logra este complejo y enigmático órgano transformar las señales del entorno, las expectativas y los deseos propios en movimientos tan precisos? He aquí una de las grandes preguntas que, durante décadas, ha tratado de resolver la neurociencia, aunque solo había conseguido respuestas parciales.

Ahora, y gracias a un esfuerzo internacional sin precedentes, el International Brain Laboratory (IBL), una red de 12 laboratorios en Europa y Estados Unidos, ha logrado una respuesta global al registrar la actividad neuronal de prácticamente todo el cerebro de ratones mientras tomaban decisiones.

Los resultados, que acaban de publicarse en dos artículos complementarios en la revista Nature, ofrecen un mapa cerebral con resolución de célula individual y muestran cómo las expectativas previas moldean nuestras elecciones.

Un mapa completo de la actividad cerebral

El primer trabajo describe el mayor estudio de actividad neuronal jamás realizado en animales, con más de 621.000 neuronas registradas en 279 áreas del cerebro de 139 ratones. Tras un filtrado de calidad, se analizaron 75.000 células con señales estables.

En este estudio, los ratones realizaron la siguiente tarea de decisión: una rejilla con luz aparecía en una pantalla y debían mover un volante hacia la izquierda o la derecha para centrarla. A cambio, recibían agua como recompensa, o dos segundos de ruido blanco si no lo conseguían.

Aunque pueda parecer trivial, esta tarea combina percepción, memoria y acción, y permite estudiar cómo el cerebro transforma la información sensorial en comportamiento.

El mapa reveló que la actividad no se limita a unas pocas zonas: aunque la información visual apareció primero en las áreas de visión, pronto se propagó a otras zonas como el mesencéfalo y el rombencéfalo.

Además, las señales motoras y las relacionadas con la recompensa se detectaron en casi todo el cerebro, lo que demuestra que la toma de decisiones no sigue el esquema jerárquico lineal de “ver”, “pensar” y “actuar”, sino que surge de una red distribuida y coordinada de regiones.

Los investigadores lo describen de un modo muy gráfico: cuando llega la recompensa, el cerebro se ilumina “como un árbol de Navidad”, lo cual puede observarse en este bonito vídeo:

O sea, que debemos replantear la idea de que existen centros únicos de decisión, pues todo el cerebro participa en la orquesta.

Las expectativas se extienden por todo el cerebro

El segundo artículo se centró en cómo influyen nuestras expectativas previas. Utilizando la misma tarea experimental que en el antes comentado (en el que una rejilla con luz aparece en una pantalla y los ratones deben mover un volante hacia la izquierda o la derecha para centrarla), los investigadores, además, introdujeron bloques donde el estímulo aparecía con probabilidades distintas: en algunos, un 80% de las veces a la izquierda y un 20% a la derecha; en otros, al revés.

Los ratones no recibían ninguna señal de aviso pero, durante nada más y nada menos que 459 sesiones de entrenamiento, fueron aprendiendo esas pautas y las usaron para mejorar su rendimiento. Incluso cuando la rejilla era tan tenue que resultaba invisible, sus elecciones se inclinaban hacia el lado más probable, guiadas por la expectativa.

Lo sorprendente es que dichas expectativas no estaban confinadas a unas pocas zonas relacionadas con la toma de decisiones, sino que se encontraron asociadas a una amplia variedad de regiones cerebrales.

Concretamente, se detectaron en áreas sensoriales tempranas --es decir, aquellas que reciben directamente la información visual, como la corteza visual primaria y el tálamo, en áreas motoras que preparan la acción y en zonas asociativas como la corteza orbitofrontal y la cingulada anterior.

Los hallazgos respaldan la idea de que el cerebro funciona como una máquina distribuida que genera constantemente hipótesis sobre lo que va a ocurrir

Los hallazgos respaldan la idea de que el cerebro funciona como una máquina de predicción distribuida que no solo procesa lo que vemos o escuchamos, sino que genera constantemente hipótesis sobre lo que va a ocurrir, y esas hipótesis influyen en lo que percibimos.

Además, este mecanismo puede tener relevancia clínica en trastornos como la esquizofrenia o el autismo, ya que se sospecha que la dificultad para actualizar expectativas y creencias sobre el entorno está en el origen de algunos de sus síntomas. Entender cómo el cerebro sano integra expectativas podría ayudarnos a comprender mejor estas enfermedades.

Un nuevo modelo de ciencia colaborativa

Estos hallazgos no habrían sido posibles sin una nueva forma de trabajar en ciencia. El International Brain Laboratory se inspiró en proyectos como el CERN o el Proyecto Genoma Humano, en los que la colaboración global permitió avanzar en problemas demasiado grandes para un solo laboratorio.

Durante años, los 12 equipos del consorcio usaron protocolos idénticos, compartieron herramientas y pusieron todos los datos a disposición de la comunidad. El resultado no es solo un descubrimiento científico, sino también un recurso abierto con cientos de miles de registros neuronales accesibles públicamente.

Durante años, los 12 equipos del consorcio usaron protocolos idénticos, compartieron herramientas y pusieron todos los datos a disposición de la comunidad

Este modelo de ciencia abierta y colaborativa marca un cambio cultural que permite pasar de experimentos fragmentados a proyectos internacionales capaces de dar una visión integrada del cerebro. Y esto, sin duda, es todo un logro.

Melodía de neuronas

En definitiva, los dos estudios coinciden en que la toma de decisiones no se concentra en un único punto o pocas zonas del cerebro, sino que surge de la coordinación de múltiples regiones donde también se codifican nuestras expectativas previas.

Esta visión del cerebro como una máquina de predicción distribuida se une al ejemplo multicéntrico del IBL, que anticipa una neurociencia cada vez más global, abierta y colaborativa.

Entender cómo decidimos ya no es buscar un centro de mando en el cerebro sino aprender a interpretar la melodía de neuronas que, en conjunto, nos permite percibir, anticipar y actuar en la gran sinfonía del mundo.

Francisco José Esteban Ruiz es profesor titular de Biología Celular en la Universidad de Jaén.

Este artículo fue publicado originalmente en The Conversation. Lea el original aquí.