Cómo los ratones toman decisiones: recompensa y repetición

Aprender es una parte importante de cómo los animales, incluidos los humanos, se adaptan a su entorno. Los científicos estudian cómo diferentes acciones, recompensas y experiencias pasadas influyen en el comportamiento futuro. Dos ideas importantes en este campo son la "ley del efecto" y la "ley del ejercicio". La ley del efecto dice que las acciones seguidas de recompensas son más propensas a repetirse, mientras que la ley del ejercicio sugiere que simplemente realizar una acción la hace más probable, incluso si no recibe recompensa.

#La Ley del Efecto

La ley del efecto ha sido un concepto crucial en psicología y neurociencia. Esta teoría ha llevado a numerosos estudios y modelos que nos ayudan a entender cómo las recompensas pasadas impactan nuestras decisiones. Los investigadores a menudo usan modelos computacionales inspirados en el aprendizaje por refuerzo, que examina cómo las recompensas influyen en los procesos de toma de decisiones. Los estudios han demostrado que áreas del cerebro involucradas en el aprendizaje basado en recompensas, particularmente en la corteza frontal, juegan roles importantes en guiar nuestras elecciones.

#La Ley del Ejercicio

Aunque la ley del ejercicio es menos conocida, describe una dimensión diferente del comportamiento. Predice que los animales seguirán repitiendo acciones incluso cuando no reciben recompensas. Este comportamiento, conocido como "perseveración", se puede observar en varias especies y tareas. Algunos investigadores han desarrollado modelos computacionales para analizar y predecir este tipo de comportamiento.

Aunque los beneficios de la perseveración pueden no estar del todo claros, una idea es que repetir acciones podría simplificar procesos cognitivos o facilitar la ejecución física. Los estudios han demostrado que las acciones familiares a menudo se realizan más rápido y de manera más confiable. Además, cuando el tiempo es limitado, los animales tienden a apegarse a sus elecciones anteriores.

#Explorando los Mecanismos Neurales de la Perseveración

A pesar del interés en la perseveración, aún hay mucho que aprender sobre las regiones cerebrales responsables de este comportamiento. Las preguntas clave incluyen identificar áreas específicas del cerebro relacionadas con acciones perseverativas y si estas áreas funcionan por separado de las involucradas en la toma de decisiones basada en recompensas.

Para investigar estas preguntas, los investigadores diseñaron un experimento utilizando una tarea de aprendizaje de recompensas dinámica con ratones. En esta tarea, las elecciones estaban influenciadas en gran medida por elecciones pasadas en lugar de recompensas pasadas. Este comportamiento mostró fuertes correlaciones con modelos perseverativos, indicando que la corteza motora secundaria jugaba un papel importante en guiar estas elecciones.

#La Configuración del Experimento

En el experimento, los ratones fueron puestos en una configuración donde realizaban una tarea para recibir recompensas líquidas basadas en sus elecciones. Su comportamiento fue registrado mientras giraban una rueda para indicar su elección. En cada prueba, una dirección a girar llevaba a una mayor probabilidad de recibir una recompensa, mientras que la otra dirección llevaba a una menor probabilidad. La elección correcta era consistente durante varias pruebas antes de cambiar aleatoriamente.

Los ratones a menudo mostraban un comportamiento subóptimo en comparación con un modelo de observador ideal que predecía elecciones basadas únicamente en probabilidades de recompensa. Después de cambiar la elección correcta, los ratones tendieron a seguir eligiendo la opción previamente correcta durante mucho más tiempo de lo que lo haría el modelo ideal.

#Analizando el Rendimiento y el Comportamiento

Para analizar la interacción entre la búsqueda de recompensas y la perseveración, los investigadores utilizaron modelos de regresión de historial de pruebas para predecir elecciones basadas en acciones y recompensas pasadas. El modelo destacó la mayor influencia de la perseveración en comparación con la búsqueda de recompensas. Este hallazgo demostró que los ratones estaban fuertemente influenciados por sus elecciones pasadas.

Los investigadores también encontraron que las elecciones repetidas resultaron en tiempos de respuesta más rápidos. Por ejemplo, las pruebas donde los ratones repitieron la misma acción tuvieron tiempos de respuesta más cortos en comparación con las pruebas donde cambiaron de elección. Este patrón indicó que la perseveración contribuía a decisiones más rápidas.

#Entendiendo la Actividad Neural

Para entender los mecanismos neurales subyacentes, los investigadores registraron la actividad de neuronas en varias regiones del cerebro mientras los ratones realizaban la tarea. Descubrieron que las neuronas en la corteza motora secundaria estaban particularmente activas durante el período de fijación antes de que los ratones hicieran su elección. Esta actividad se asociaba con la predicción de la elección próxima.

Además, el estudio mostró que la corteza motora secundaria era la única área donde la actividad neuronal durante el período de fijación podía predecir de manera confiable la futura elección. Otras regiones del cerebro no mostraron esta correlación significativa, destacando el papel único de la corteza motora secundaria en la predicción de elecciones.

#Efectos Causales de la Actividad Neural

Para investigar más el papel de la corteza motora secundaria, los investigadores aplicaron técnicas optogenéticas para inhibir esta área durante pruebas específicas. Inactivar esta región durante el período de elección disminuyó tanto la precisión de las elecciones de los ratones como su tendencia a repetir elecciones anteriores. Sin embargo, inhibir la Corteza prefrontal medial no tuvo los mismos efectos, lo que sugiere que la corteza motora secundaria es esencial para impulsar el comportamiento perseverativo.

Curiosamente, cuando la corteza motora secundaria fue inactivada, los ratones tomaron más tiempo para responder durante las pruebas. Aunque aún hacían elecciones, el tiempo que tardaron en llegar a una decisión aumentó. Este retraso sugiere que la corteza motora secundaria juega un papel crucial no solo en guiar elecciones, sino también en permitir la ejecución rápida de estas elecciones.

#El Papel del Aprendizaje de Recompensas

En contraste con la corteza motora secundaria, la corteza prefrontal medial parecía estar involucrada en el aprendizaje de recompensas. Inactivar esta área durante el período de resultados ralentizó la tasa de aprendizaje relacionada con los cambios de bloque en la tarea. Este hallazgo indicó una función distinta entre las dos regiones del cerebro: la corteza motora secundaria guiaba principalmente las elecciones perseverativas, mientras que la corteza prefrontal medial gestionaba el aprendizaje basado en recompensas.

#Conclusión

En general, esta investigación arroja luz sobre las complejidades del aprendizaje y la toma de decisiones. La corteza motora secundaria se destaca como un actor clave en la promoción del comportamiento perseverativo, permitiendo respuestas más rápidas e influyendo en las futuras elecciones basadas en acciones pasadas. Por otro lado, el papel de la corteza prefrontal medial en la comprensión de las recompensas subraya la importancia de diferentes regiones cerebrales en aspectos únicos del aprendizaje.

Para avanzar en nuestro conocimiento, será esencial explorar más regiones y mecanismos involucrados en estos procesos, particularmente cómo interactúan para moldear el comportamiento y la toma de decisiones en los animales.