Ensayo y error: el cerebro aprende de los errores

Durante el desarrollo del cerebro, se realizan innumerables conexiones nerviosas que resultan ser inadecuadas, y como resultado final, deben ser eliminadas. El proceso de establecimiento de una red neuronal no siempre resulta preciso y sin errores.

El grupo del Dr. Peter Scheiffle, del Biozentrum de la Universidad de Basilea, ha sido capaz de documentar este fenómeno utilizando técnicas avanzadas de microscopía durante el desarrollo del cerebelo, un área del cerebro necesaria para el control preciso del movimiento. El grupo del Dr. Scheiffle ha descubierto que una proteína, tradicionalmente asociada con el desarrollo óseo, es la responsable de ir corregiendo los errores cuando las neuronas se estan conectando correctamente en el cerebelo. Sus resultados se publicarán la próxima semana en la revista on-line de acceso abierto PLoS Biology. El cerebro es un conjunto muy complejo de redes neuronales, en los que miles de diferentes tipos de neuronas se conectan entre sí estableciendo sinapsis con otras neuronas. Para establecer estas sinapsis, las neuronas envían axones desde sus cuerpos celulares, fibras que se extienden a lo largo de distintas regiones del cerebro. Cada neurona tiene que conectarse con una neurona en particular durante el desarrollo cerebral, y esta especificidad es la que da lugar a diferentes circuitos y que diferentes regiones del cerebro tengan funciones diferentes. El cerebelo, por ejemplo, tiene una conectividad muy precisa que le permite utilizar información sensorial (de entrada) y la convierten en una respuesta motora exacta (de salida). Hay varios tipos de células en el cerebelo, dos de los cuales son células de Purkinje y células granulares. Las fibras musgosas (del inglés mossy fibers) son un grupo de entradas en el cerebelo, que hacen conexiones sinápticas sólo con células granulares. En su estudio, sin embargo, el grupo del Dr. Scheiffle ha sido capaz de demostrar que estas entradas de fibras musgosas a menudo se conectan con las neuronas de Purkinje durante el desarrollo temprano del cerebro, además de con las células granulares. Estas conexiones “incorrectas” con las células de Purkinje son eliminadas al cabo de una semana, estableciendo la especificidad adecuada en el cerebelo. También encontramos que la proteína morfogenética ósea 4 (BMP4) ayuda a corregir estos errores iniciales. Originalmente, BMP4 estaba vinculada con la especialización de las células durante la osteogénesis. El que esta proteína sea también responsable de la estabilidad y la eliminación de las conexiones neuronales no era conocido. “Si las conexiones inadecuadas entre las neuronas no son posteriormente eliminadas, podría provocar alteraciones sustanciales en el cerebro. El autismo podría estar vinculado al hecho de no corregir los errores”, explica Scheiffle. Su grupo de investigación en el Biozentrum utilizó un modelo de ratón transgénico para hacer sus observaciones. Con la ayuda de una proteína fluorescente, se tiñeron las diferentes conexiones nerviosas y se hicieron visibles con una técnica de imagen avanzada que combina microscopía óptica con microscopía electrónica. Esto permitió ver múltiples tipos de cambios en la conectividad. ”Estas técnicas pueden utilizarse para estudiar al desarrollo del cerebro humano y podrian desempeñar un importante papel en la investigación del cerebro”, agregó Scheiffle. El cerebro sufre cambios drásticos en los primeros años de vida. Mientras que las conexiones neuronales en el cerebro de un recién nacido son todavía relativamente inespecíficas, la selectividad de las sinapsis aumenta constantemente. La cuestión de qué ventaja aportan estas conexiones de corta duración e inadecuadas durante el desarrollo del cerebro se convertirá en un importante foco de investigación futura para el Dr. Scheiffle, además de sus posibles implicaciones en trastornos neurológicos como el autismo, la esquizofrenia y la epilepsia. Fuente: neuroblog. brain-dynamics. es

Los bebés saben reconocer sus errores

A partir de los 16 meses, los niños son conscientes de sus equivocaciones y, si no obtienen lo que esperan, deciden pedir ayuda o volver a intentarlo.
¿En qué momento es consciente el ser humano de sus fracasos? ¿A partir de qué edad sabe con certeza que se ha equivocado? Científicos del Instituto de Tecnología de Massachussets (MIT), en Estados Unidos, analizaron la conducta adoptada por bebés de 16 meses cuando éstos se daban cuenta de que sus juguetes no funcionaban. Los resultados de este estudio, publicados en la revista Science, revelaron que los niños son lo suficientemente hábiles como para averiguar si se han equivocado en la consecución de un objetivo. Además, la investigación ha demostrado que si los pequeños no obtienen lo que esperan, se plantean pedir ayuda o intentarlo de nuevo.
El ser humano es capaz de identificar el origen del fracaso y distinguir la causa que motiva que algo no funcione o no se produzca como se preveía. Es decir, en pocos segundos, tras intentar encender un aparato eléctrico y no conseguirlo, se plantea que quizá no esté conectado a la red o que no está pulsando el botón correcto para que se produzca el encendido.
Esta capacidad racional se desarrolla desde el nacimiento y, por tanto, los niños pequeños también disponen de esta habilidad cognitiva, que hasta ahora sólo se reconocía a los adultos, publica el Instituto de Tecnología de Massachussets (MIT) de Estados Unidos, en un comunicado.
A esta conclusión han llegado las investigadoras Laura Schulz, responsable del estudio, y Hyowon Gweon, estudiante del Departamento de Cerebro y Ciencias Cognitivas del MIT, quienes analizaron la conducta adoptada por varios bebés de 16 meses, cuando éstos se daban cuenta de que su juguete no funcionaba.
A partir de esta edad, los bebés son capaces de valorar por sí solos si una acción fracasa o no debido a sus propios errores o si en dicho fracaso han intervenido circunstancias ajenas a su control.
Los resultados de este estudio, publicados en la revista Science, revelan que los niños son lo suficientemente hábiles para averiguar si se han equivocado, y si no obtienen lo que esperan, se plantean pedir ayuda o intentarlo de nuevo.
Además, inciden en que, desde pequeños, los niños aprenden rápidamente los principios básicos sobre cómo funciona el mundo, y como consecuencia utilizan las reglas para interpretar los datos estadísticos que ven. “Es impresionante lo que los niños son capaces de hacer. Con muy poca información pueden realizar deducciones sofisticadas”, asegura Schulz.

Experimentos variados
Para analizar la reacción de los bebés en situaciones en las que sus acciones no producían los resultados esperados y observar su capacidad de aprendizaje, las autoras del estudio se reunieron en una sala con cada bebé, acompañado de su padre o madre, para así también estudiar la interacción del bebé con su progenitor durante el experimento.
A cada niño le mostraron juguetes de tres colores (verde, amarillo y rojo), que fueron dispuestos sobre una mesa, tal y como puede verse en un vídeo publicado por la agencia SINC.
Al presionar sobre el juguete de color verde, sonaba una música. Pero esto sólo sucedía cuando lo hacía una de las investigadoras, ya que al hacerlo el bebé, no funcionaba. De esta forma, los pequeños se daban cuenta de que algo no iba bien y creían que cometían un error. Por ello, cedían instantáneamente el juguete a su padre o a su madre, con la intención de que éstos los ayudaran.
La misma situación fue repetida con el juguete de color amarillo y, tras comprobar que tampoco se oía la melodía, los bebés dedujeron que el juguete no funcionaba y lo intentaron cambiar por el de color rojo.

Razonamientos basados en la probabilidad
Tras examinar los diversos comportamientos que adoptaron los bebés, las autoras del estudio señalan que los niños utilizan la probabilidad y los datos estadísticos, para comprobar la verosimilitud de dos posibles explicaciones a los hechos, es decir, se plantean si han hecho algo mal o si el juguete está roto.
Además, el hecho de que las respuestas de los bebés variasen según la fase del experimento, indica que los niños fueron capaces de sopesar las trabas en cada situación, y actuar en consecuencia.
Según Schulz y Gweon, los bebés que se dieron cuenta de que el juguete no funcionaba y no buscaron ayuda en sus padres asumieron que el fracaso había sido por su culpa. Por el contrario, los bebés que vieron indicios de que el juguete estaba roto o podría estarlo, optaron por cambiar de juguete y coger uno nuevo que siempre estuvo a su alcance.
Estas conclusiones son para Schulz un “asombro”, ya que el hecho de que niños con tan sólo 16 meses de edad puedan deducir el origen del fallo y decidir si pedir ayuda o buscar otro juguete es un descubrimiento que brinda un fuerte respaldo al modelo de aprendizaje deductivo probabilístico.

Fuente: tendencias21.net

Operar el cerebro con puntería milimétrica

La neuronavegación permite entrar en zonas de difícil acceso con precisión.
El sistema nervioso es una de las partes del cuerpo más difíciles de operar. No es de fácil acceso, no se conoce bien y una imprecisión puede dejar graves secuelas. Por eso las tecnologías de imagen combinadas son una ayuda primordial para los cirujanos. Los aparatos más sofisticados de este tipo son los neuronavegadores, porque permiten actuar con un margen de error de un milímetro en zonas muy delicadas.
Un equipamiento de este tipo fue el que se usó en la cabeza de Carmen Anguita. La mujer, de 46 años, perdió la sensibilidad de la mano derecha y le diagnosticaron un meningioma, un tumor cerebral generalmente benigno.
En diciembre de 2009 se lo extirparon con cirugía guiada con neuronavegador de tres dimensiones en el Hospital de la Princesa de Madrid. "Estaba asustada porque me dijeron que el tumor estaba situado en un lugar de difícil acceso, pero los doctores me explicaron que sabían en todo momento en qué zona estaban operando y que irían poco a poco. Cuando salí de la UCI ya había recuperado la sensibilidad. Empecé a comer con la mano derecha, coger cosas y tocar a mis hijos. No me han quedado secuelas y tampoco he tenido molestias en la cabeza", resume contenta.


La apuesta por estas tecnologías es cara. En el Hospital de la Princesa de Madrid -que tiene, según sus médicos, uno de los aparatos para intervención cerebral más avanzados-, el equipamiento se completa con otros instrumentos para la columna -el primero de España- y los pulmones. En total, más de un millón de euros de inversión. "El neuronavegador ha facilitado mucho la cirugía. Aporta precisión y seguridad", dice Rafael García de Sola, jefe de Neurología del centro sanitario. Aunque el médico reconoce que no hay que dejarse fascinar por todo lo nuevo. "No existen estudios de eficacia, pero la impresión de los neurocirujanos es que con estos equipos tenemos menos dificultades para operar, nos metemos en casos cada vez más difíciles y la mortalidad y morbilidad es mucho menor", subraya. En el hospital se realizó la primera intervención de estimulación cerebral en España en 2004 (una operación que consiste en implantar electrodos para que su descarga sustituya a los impulsos nerviosos). Desde aquel año se han realizado unas 700 operaciones de esta clase.
El siguiente paso es actuar no solo en el cerebro, sino sobre la médula espinal. Y este hospital dispone, desde julio pasado, del único equipamiento de neuronavegador de columna en la sanidad pública. "Trabajar en columna y con este equipo presenta la ventaja de que el acceso es más fácil, y, una vez que se ha realizado la intervención, se puede comprobar si los tornillos están bien colocados o, en caso contrario, corregirlo en el mismo acto quirúrgico", apunta García de Sola.

Fuente: elpais.com

La imitación potencia la capacidad de adaptación y la creatividad humanas

Incluso cuando se emulan errores ajenos, este comportamiento fomenta la innovación.
Un proyecto internacional de investigación ha revelado que el aprendizaje por imitación es una de las formas más potentes de desarrollo humano y que, incluso, imitar los errores de otros –y no sólo sus aciertos- puede conducir a las mayores innovaciones. Asimismo, el estudio ha constatado que la supereficacia de la imitación humana, subyacente a nuestro éxito como especie, radica en nuestra capacidad de “viajar mentalmente en el tiempo”, para sopesar la validez pasada, presente y futura de las imitaciones elegidas. La investigación consistió en una batalla de estrategias de aprendizaje desarrollada en un entorno informático, y en la que participaron 104 equipos formados por científicos de diversas ramas, y de 16 países distintos.
os resultados de un proyecto internacional de investigación, liderado por la University of St Andrews, del Reino Unido, sugieren que la imitación es una de las formas más potentes de desarrollo humano y que, incluso, imitar los errores de otros –y no sólo sus aciertos- puede conducir a las mayores innovaciones.

Según publica dicha universidad en un comunicado, el estudio reveló que la imitación de los desaciertos ajenos puede beneficiar, en última instancia, a la habilidad humana de adaptarse.
Los resultados del estudio, publicados por la revista Science, hacen referencia, por último, al “ingrediente secreto” de lo que los investigadores han llamado “la super-eficacia de la imitación humana”.

Origen y función de las imitaciones
¿A quién y por qué imitamos los humanos?, se preguntaron los científicos Kevin Laland y Luke Rendell, de la Escuela de Biología de la University of St Andrews y desarrolladores del proyecto, en colaboración con investigadores de la Universidad de California en Los Ángeles, de la Universidad de Stanford, de la Universidad de Estocolmo y de la Universidad de Bolonia, en Italia.
Según explican los autores del estudio en el artículo aparecido en Science: “el aprendizaje social (que se produce mediante la observación o la interacción con otros individuos) está muy extendido en la naturaleza y resulta esencial, en concreto, para el éxito de la humanidad, pero aún no está claro porqué la imitación es provechosa y cómo imitar más eficientemente”.
Laland señala que, generalmente, se piensa que la cultura humana subyace bajo el extraordinario éxito demográfico y ecológico de nuestra especie.
Una de las bases de dicha cultura es, a su vez, la imitación (que se da también en otras especies animales), que resulta útil, según los científicos, porque normalmente imitamos a otros individuos que desarrollan el comportamiento que mejor rinde en entornos concretos.
Así, sin que las personas imitadas se den cuenta, éstas filtran sus comportamientos a la sociedad, aportando información que ayudará al desarrollo de la capacidad de adaptación de otros.

Torneo de estrategias
Sin embargo, el fenómeno no es tan sencillo, porque en ocasiones los humanos imitan a otros de una forma aparentemente aleatoria o basándose en el nivel del prestigio de otras personas, e incluso se imitan errores que otros hayan podido cometer.
La finalidad de la investigación era, por tanto, conocer mejor el fenómeno de la imitación y la razón de su alta eficiencia en el desarrollo de la especie humana.
Para ello, los científicos organizaron un torneo por ordenador, en el que los competidores debían ofrecer diversas estrategias de aprendizaje, que especificaran cómo usar el aprendizaje social y sus alternativas no-sociales (por ejemplo, el aprendizaje siguiendo el método de intento-error).
Estas estrategias debían ser aplicadas dentro del juego para adquirir un comportamiento adaptativo lo más eficiente posible, en un entorno complejo.
El torneo consistió, por tanto, en una especie de “batalla de mentes”, en la que compitieron las estrategias de aprendizaje social de unos con las estrategias de aprendizaje social de otros, dentro de una simulación informática.

Imitación de fallos
En total, en el campeonato participaron 104 equipos de 16 países diferentes. Entre estos participantes había biólogos, matemáticos, estadistas, psicólogos y científicos informáticos. El premio, en metálico, fue de 10.000 euros.
Los ganadores resultaron, finalmente, dos científicos de la Queen’s University de Canadá: el neurocientífico Tim Lillicrap y el matemático Dan Cownden, cuya estrategia fue desarrollada casi exclusivamente imitando a otros.
En otras palabras, ganaron sobradamente aquellos concursantes cuya estrategia tendió mucho más a la imitación que la innovación.
Lo más sorprendente de los resultados del estudio, según Luke Rendell, fue que demostró que la imitación resulta eficiente en una amplia gama de circunstancias.
Incluso cuando se imitan errores, afirma Rendell, el valor de la imitación en el desarrollo de comportamientos de adaptación no decreció, porque la imitación de los fallos resulta ser una importante fuente de diversidad para los comportamientos adaptativos, y fomenta la innovación humana.

El secreto de la supereficacia
Los científicos señalan que el estudio demostró que las estrategias más eficientes fueron aquéllas en las que no sólo se llevaron a cabo las imitaciones, sino que además éstas fueron reguladas.
Dicha regulación consistió en revisar las imitaciones cuando éstas comenzaron a fallar, en evaluarlas con la información disponible, y en juzgar hasta qué punto serían valiosas en un futuro.
La capacidad para reflexionar sobre el pasado y el futuro, conocida como viaje mental en el tiempo, sería el “ingrediente secreto” de la supereficacia de la imitación humana, aseguran los investigadores.

Fuente: tendencias21.net