El pez cebra predice el futuro para evitar el peligro virtual

peces cebra

Arroja luz sobre los circuitos cerebrales que se comparten entre todos los vertebrados, incluidos los humanos

Científicos del Centro RIKEN de Ciencias del Cerebro (CBS) y colaboradores en Japón han descubierto en el cerebro neuronas particulares que monitorean si las predicciones hechas por peces realmente se hacen realidad.

Al hacer uso de un nuevo acuario equipado con realidad virtual donde se pueden tomar imágenes cerebrales del pez cebra mientras los peces aprenden y navegan a través de señales de realidad virtual, los investigadores encontraron neuronas que permiten evitar riesgos de manera eficiente y crean un "mapa de peligro" en el cerebro que permite escapar a un lugar seguro.

Predecir el futuro es una parte integral de la toma de decisiones tanto para los peces como para los humanos. Cuando las situaciones reales no coinciden con las expectativas, el cerebro genera "errores de predicción", que nos permiten saber que nuestras expectativas estaban equivocadas. Las expectativas están formadas por modelos internos del medio ambiente y, al igual que las personas, el nuevo estudio encontró que los peces tienen tales modelos en sus cerebros.

Los investigadores monitorearon en tiempo real la actividad cerebral asociada al error de predicción mientras el pez cebra aprendía a evitar el peligro en su tanque. Descubrieron que los peces intentaron mantenerse bajo el error de predicción para evitar el peligro de manera eficiente. Debido a que la evitación del riesgo es un comportamiento conservado evolutivamente, estos resultados arrojan luz sobre los circuitos cerebrales importantes que se comparten entre todos los vertebrados, incluidos los humanos.

Los peces cebra son pequeños y transparentes, lo que facilita el registro de la actividad de todo el cerebro. En el experimento, los peces tuvieron que elegir entre zonas de realidad virtual rojas o azules mientras nadaban virtualmente y aprendieron a asociar los colores de las zonas virtuales con peligro o seguridad.

predicción del futuro con realidad virtual

Imagen: Esquema de la configuración utilizada en este estudio. La realidad virtual presentada al pez se adaptó en base a los movimientos de la cola del pez. Esto permitió que los peces se sintieran como si estuvieran nadando en su tanque. Crédito: RIKEN

Los investigadores estaban particularmente interesados en una parte frontal del cerebro llamada telencéfalo, que corresponde a la corteza cerebral y otras estructuras en los mamíferos, y que contribuye a la toma de decisiones. A medida que el pez cebra aprendió a evitar el peligro en la realidad virtual, se registró el cambio de lapso de tiempo en su actividad cerebral, lo que llevó al descubrimiento de neuronas que representan el error de predicción.

Las distintas poblaciones activas de neuronas surgieron cuando los peces comenzaron a aprender que elegir la ruta virtual a través de un entorno azul conducía al peligro y elegir la ruta roja significaba seguridad. Más tarde, una inversión experimental de la asociación, en la que el rojo se volvió peligroso en lugar del azul, provocó la inactivación de estas neuronas. Esto les dijo a los investigadores que las neuronas probablemente estaban codificando una regla de comportamiento, no simplemente el color que veían los peces.

En otro cambio al espacio de realidad virtual, se alteró el escenario para que no cambiara en función de los movimientos de la cola de los peces. Por ejemplo, intentar nadar hacia adelante moviendo la cola no hizo que la vista retrocediera como se esperaba. Estas manipulaciones revelaron un grupo de neuronas que se activaba solo cuando las acciones que los peces pensaban que les permitirían llegar a un lugar seguro no tenían el resultado esperado.

Vídeo: Video esquemático de un pez cebra "nadando" en realidad virtual. Los movimientos de la cola se utilizan para actualizar las imágenes que se proyectan al pez. Crédito: RIKEN

"Creemos que esta población de neuronas está codificando un error de predicción en el cerebro, al comparar la vista real de su entorno con la vista predicha que han aprendido que los pondría a salvo si se comportaran de cierta manera", dice el autor principal Makio Torigoe.

"Cada animal tiene que hacer predicciones para su futuro basándose en lo que ha aprendido antes", agrega el líder del equipo de investigación Hitoshi Okamoto. "Ahora, sabemos cómo se comparan estas predicciones con lo que los animales realmente encuentran en el mundo, y qué partes del cerebro del pez cebra impulsan la posterior toma de decisiones".

El estudio fue publicado en Nature Communications el 29 de septiembre: Zebrafish capable of generating future state prediction error show improved active avoidance behavior in virtual reality

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