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Investigadores aprovechan el poder de los cerebros conectados en red en monos y ratas
Una nueva investigación demuestra que, de hecho, dos cabezas son mejores que una, al menos para realizar ciertas tareas computacionales simples.
El trabajo demuestra por primera vez que múltiples cerebros animales pueden conectarse en red y aprovecharse para realizar un comportamiento específico, dice Miguel Nicolelis , profesor de neurobiología e ingeniería biomédica en la Universidad de Duke y experto en interfaces cerebro-máquina. Él dice que este tipo de interfaz cerebro-máquina compartida podría ser potencialmente útil para pacientes con daño cerebral, además de arrojar luz sobre cómo los cerebros de los animales trabajan juntos para realizar comportamientos colectivos.
Nicolelis y sus colegas publicaron hoy dos estudios separados, uno que involucró ratas y el otro involucrando monos , que describen experimentos en redes de cerebros e ilustran cómo estos cerebros podrían usarse para combinar salidas eléctricas de las neuronas de múltiples animales para realizar tareas. Las redes de cerebros de rata a menudo funcionaron mejor que un solo cerebro, informan, y en el experimento del mono, los cerebros de tres individuos colaboraron para completar una tarea basada en la realidad virtual demasiado complicada para que la realice uno solo.
Para construir una red cerebral, los investigadores primero implantaron conjuntos de electrodos de microcables que pueden registrar señales y enviar pulsos de estimulación eléctrica a las neuronas en la misma región en múltiples cerebros de rata. En el caso del experimento con ratas, luego vincularon físicamente pares de cerebros de rata a través de una interfaz de cerebro a cerebro (ver Las ratas se comunican a través de chips cerebrales). Una vez que se interconectaron grupos de tres o cuatro ratas, los investigadores administraron pulsos eléctricos prescritos a ratas individuales, porciones del grupo o al grupo completo, y registraron los resultados.
Los investigadores probaron la capacidad de las redes cerebrales de ratas para realizar tareas informáticas básicas. Por ejemplo, al entregar patrones de pulsos eléctricos derivados de una imagen digital, registraron las salidas eléctricas y midieron qué tan bien la red de neuronas procesaba esa imagen. En otra prueba, los investigadores proporcionaron información sobre la presión barométrica y la temperatura y la red cerebral calculó la probabilidad de lluvia. Las redes cerebrales fueron consistentemente mejores que un solo cerebro, especialmente cuando la tarea involucró más de un paso de cálculo.
En el experimento con monos, los investigadores combinaron dos o tres cerebros para realizar una tarea motora virtual en tres dimensiones. Después de implantar electrodos, usaron recompensas para entrenar a monos individuales para que movieran un brazo virtual hacia un objetivo en una pantalla. El cerebro de un mono individual no tiene la capacidad de mover el brazo en tres dimensiones, dice Nicolelis, por lo que cada mono aprendió a manipular el brazo dentro de un determinado subespacio del espacio tridimensional virtual. La tarea más grande no se puede completar a menos que al menos dos cerebros trabajen juntos y logren un nivel relativamente alto de sincronización, dice.
Los investigadores colocaron a tres monos en habitaciones separadas con pantallas, registraron las salidas eléctricas a medida que los animales realizaban sus respectivas tareas y luego usaron una computadora para combinar las salidas. Aunque los monos no sabían que estaban colaborando, dice Nicolelis, sus cerebros se sincronizaron muy rápidamente y, con el tiempo, mejoraron cada vez más en el movimiento del brazo.
Nicolelis dice que el fenómeno que condujo a esta sincronía puede tener importantes implicaciones biomédicas. Las interfaces de cerebro-máquina compartidas como las que se muestran aquí permitirán que se abran nuevos horizontes para las aplicaciones clínicas, dice. Por ejemplo, sugiere, tal vez las personas con discapacidades neurológicas podrían compartir la actividad cerebral saludable de otros y realizar en colaboración ejercicios de entrenamiento de neurorrehabilitación basados en realidad virtual.