Las ondas cerebrales reflejan diferentes tipos de aprendizaje

Por primera vez, los investigadores han identificado firmas neuronales de aprendizaje explícito e implícito.

 

Jamón Becky | corresponsal de noticias del MIT 

 

Averiguar cómo pedalear una bicicleta y memorizar las reglas del ajedrez requieren dos tipos diferentes de aprendizaje, y ahora, por primera vez, los investigadores han podido distinguir cada tipo de aprendizaje por los patrones de ondas cerebrales que produce.

Estas firmas neuronales distintas podrían guiar a los científicos a medida que estudian la neurobiología subyacente de cómo aprendemos habilidades motoras y trabajamos a través de tareas cognitivas complejas, dice Earl K. Miller, profesor de Neurociencia Picower en el Instituto Picower para el Aprendizaje y la Memoria y el Departamento de Brain and Cognitive Sciences, y autor principal de un artículo que describe los hallazgos en la edición del 11 de octubre de  Neuron .

Cuando las neuronas se disparan, producen señales eléctricas que se combinan para formar ondas cerebrales que oscilan a diferentes frecuencias. “Nuestro objetivo final es ayudar a las personas con déficits de aprendizaje y memoria”, señala Miller. “Podríamos encontrar una manera de estimular el cerebro humano u optimizar las técnicas de entrenamiento para mitigar esos déficits”.

Las firmas neuronales podrían ayudar a identificar cambios en las estrategias de aprendizaje que ocurren en enfermedades como el Alzheimer, con miras a diagnosticar estas enfermedades antes o mejorar ciertos tipos de aprendizaje para ayudar a los pacientes a sobrellevar el trastorno, dice Roman F. Loonis, estudiante graduado en Miller Lab y primer autor del artículo. El científico investigador del Instituto Picower Scott L. Brincat y el ex postdoctorado del MIT Evan G. Antzoulatos, ahora en la Universidad de California en Davis, son coautores.

Aprendizaje explícito versus implícito

Los científicos solían pensar que todo el aprendizaje era el mismo, explica Miller, hasta que se enteraron de pacientes como el famoso Henry Molaison o “HM”, que desarrolló amnesia severa en 1953 después de que le extirparan parte del cerebro en una operación para controlar sus ataques epilépticos. . Molaison no recordaba haber desayunado unos minutos después de la comida, pero pudo aprender y retener las habilidades motoras que aprendió, como trazar objetos como una estrella de cinco puntas en un espejo.

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“HM y otros amnésicos mejoraron en estas habilidades con el tiempo, a pesar de que no recordaban haber hecho estas cosas antes”, dice Miller.

La división reveló que el cerebro participa en dos tipos de aprendizaje y memoria: explícito e implícito.

El aprendizaje explícito “es el aprendizaje del que tienes conciencia, cuando piensas en lo que estás aprendiendo y puedes articular lo que has aprendido, como memorizar un pasaje largo en un libro o aprender los pasos de un juego complejo como el ajedrez, Miller explica.

“El aprendizaje implícito es lo contrario. Podrías llamarlo aprendizaje de habilidades motoras o memoria muscular, el tipo de aprendizaje al que no tienes acceso consciente, como aprender a andar en bicicleta o hacer malabares”, agrega. “Al hacerlo, mejora cada vez más, pero realmente no puede articular lo que está aprendiendo”.

Muchas tareas, como aprender a tocar una nueva pieza musical, requieren ambos tipos de aprendizaje, señala.

Ondas cerebrales de estudios anteriores

Cuando los investigadores del MIT estudiaron el comportamiento de los animales que aprenden diferentes tareas, encontraron señales de que diferentes tareas podrían requerir un aprendizaje explícito o implícito. En tareas que requerían comparar y unir dos cosas, por ejemplo, los animales parecían usar tanto respuestas correctas como incorrectas para mejorar sus siguientes coincidencias, lo que indica una forma explícita de aprendizaje. Pero en una tarea en la que los animales aprendieron a mover la mirada en una u otra dirección en respuesta a diferentes patrones visuales, solo mejoraron su desempeño en respuesta a las respuestas correctas, lo que sugiere un aprendizaje implícito.

Además, los investigadores encontraron que estos diferentes tipos de comportamiento van acompañados de diferentes patrones de ondas cerebrales.

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Durante las tareas de aprendizaje explícito, hubo un aumento en las ondas cerebrales alfa2-beta (que oscilan entre 10 y 30 hercios) después de una elección correcta, y un aumento en las ondas delta-theta (3-7 hercios) después de una elección incorrecta. Las ondas alfa2-beta aumentaron con el aprendizaje durante tareas explícitas y luego disminuyeron a medida que avanzaba el aprendizaje. Los investigadores también vieron signos de un pico neuronal en la actividad que ocurre en respuesta a errores de comportamiento, llamado negatividad relacionada con eventos, solo en las tareas que se pensaba que requerían un aprendizaje explícito.

El aumento de las ondas cerebrales alfa-2-beta durante el aprendizaje explícito “podría reflejar la construcción de un modelo de la tarea”, explica Miller. “Y luego, después de que el animal aprende la tarea, los ritmos alfa-beta disminuyen, porque el modelo ya está construido”.

Por el contrario, los ritmos delta-theta solo aumentaron con las respuestas correctas durante una tarea de aprendizaje implícito y disminuyeron durante el aprendizaje. Miller dice que este patrón podría reflejar un “recableado” neuronal que codifica la habilidad motora durante el aprendizaje.

“Esto nos mostró que hay diferentes mecanismos en juego durante el aprendizaje explícito frente al implícito”, señala.

Impulso futuro al aprendizaje

Loonis dice que las firmas de ondas cerebrales podrían ser especialmente útiles para dar forma a cómo enseñamos o entrenamos a una persona mientras aprende una tarea específica. “Si podemos detectar el tipo de aprendizaje que está ocurriendo, entonces podremos mejorar o proporcionar una mejor retroalimentación para ese individuo”, dice. “Por ejemplo, si utilizan más el aprendizaje implícito, eso significa que es más probable que confíen en la retroalimentación positiva, y podríamos modificar su aprendizaje para aprovechar eso”.

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Las firmas neuronales también podrían ayudar a detectar trastornos como la enfermedad de Alzheimer en una etapa más temprana, dice Loonis. “En la enfermedad de Alzheimer, una especie de aprendizaje explícito de hechos desaparece con la demencia, y puede haber una reversión a un tipo diferente de aprendizaje implícito”, explica. “Debido a que un sistema de aprendizaje está inactivo, debe confiar en otro”.

Estudios anteriores han demostrado que ciertas partes del cerebro, como el hipocampo, están más estrechamente relacionadas con el aprendizaje explícito, mientras que áreas como los ganglios basales están más involucradas en el aprendizaje implícito. Pero Miller dice que el estudio de ondas cerebrales indica “mucha superposición en estos dos sistemas. Comparten muchas de las mismas redes neuronales”.

La investigación fue financiada por el Instituto Nacional de Salud Mental y el Fondo de Innovación del Instituto Picower.

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