El cerebro tiene una capacidad innata para aprender: cuáles son las dos hormonas que juegan un papel esencial

Los científicos pensaron durante mucho tiempo que recompensas como la comida o el dinero fomentan el aprendizaje en el cerebro al provocar la liberación de la hormona dopamina que hace al individuo sentirse bien, conocida por reforzar el almacenamiento de nueva información. Ahora, un nuevo estudio en roedores describió cómo el aprendizaje todavía ocurre en ausencia de un incentivo inmediato.

Dirigido por investigadores de la Facultad de Medicina Grossman de la Universidad de Nueva York (NYU), el estudio exploró la relación entre la dopamina y la acetilcolina, una sustancia química del cerebro, que también se sabe que desempeña un papel en el aprendizaje y la memoria.

Investigaciones anteriores habían demostrado que estas dos hormonas compiten entre sí, de modo que un aumento en una provoca una disminución en la otra. Se pensaba que las recompensas promovían el aprendizaje al desencadenar simultáneamente un aumento de dopamina y una disminución de acetilcolina. Se cree que este repentino desequilibrio hormonal abre una ventana de oportunidad para que las células cerebrales se adapten a nuevas circunstancias y formen recuerdos para su uso posterior. Conocido como neuroplasticidad, este proceso es una característica importante del aprendizaje y de la recuperación después de una lesión.

Sin embargo, la pregunta seguía siendo si la comida y otras recompensas externas son los únicos impulsores de este sistema de memoria, o si el cerebro es capaz de crear las mismas condiciones que son favorables para el aprendizaje sin ayuda externa.

Para proporcionar claridad, los autores del estudio se centraron en cuándo y bajo qué circunstancias los niveles de dopamina son altos al mismo tiempo que los niveles de acetilcolina son bajos. Descubrieron que esta situación ocurre con frecuencia, incluso en ausencia de recompensas. De hecho, resulta que las hormonas fluyen y refluyen constantemente en el cerebro, con niveles de dopamina elevados regularmente mientras que los niveles de acetilcolina son bajos, lo que prepara el escenario para el aprendizaje continuo.

“Nuestros hallazgos desafían la comprensión actual de cuándo y cómo la dopamina y la acetilcolina trabajan juntas en el cerebro -dijo la autora principal del estudio y también estudiante de medicina en la Facultad de Medicina Grossman de la Universidad de Nueva York, Anne Krok-. En lugar de crear condiciones únicas para el aprendizaje, las recompensas aprovechan un mecanismo que ya existe y que funciona constantemente”.

Para la investigación, que se publicó en la revista Nature, el equipo del estudio dio a docenas de ratones acceso a una rueda en la que podían correr o descansar a voluntad. En ocasiones, los investigadores ofrecieron a los animales un trago de agua. Luego registraron la actividad cerebral de los roedores y midieron la cantidad de dopamina y acetilcolina liberadas en diferentes momentos.

Como era de esperar, las bebidas crearon los patrones típicos de liberación de dopamina y acetilcolina que son provocados por las recompensas. Sin embargo, el equipo también observó que mucho antes de recibir golosinas de agua, la dopamina y la acetilcolina ya seguían ciclos de flujo y reflujo aproximadamente dos veces por segundo, durante los cuales los niveles de una hormona bajaban mientras que la otra aumentaba.

Krok señaló que este patrón continuó independientemente de si los roedores corrían o estaban quietos. Se han observado ondas cerebrales similares en humanos durante períodos de introspección y descanso. “Estos resultados pueden ayudar a explicar cómo el cerebro aprende y ensaya por sí solo, sin la necesidad de incentivos externos -indicó el autor principal del estudio y neurocientífico Nicolas Tritsch-. Quizás este circuito pulsante hace que el cerebro reflexione sobre eventos pasados y aprenda de ellos”. Dicho esto, Tritsch, profesor asistente en el Departamento de Neurociencia y Fisiología de NYU Langone Health, advierte que su investigación no fue diseñada para determinar si los cerebros de los ratones procesan la información de la misma manera que los cerebros humanos durante este aprendizaje autoimpulsado, tal como él lo describe.

Sin embargo, indicó que “los resultados del estudio también pueden ofrecer información sobre nuevas formas de comprender las afecciones neuropsiquiátricas que se han relacionado con niveles incorrectos de dopamina, como la esquizofrenia, el trastorno por déficit de atención e hiperactividad (TDAH) y la depresión”.

“En la esquizofrenia, por ejemplo, los pacientes suelen experimentar delirios que contradicen la realidad. Si el circuito de dopamina-acetilcolina fortalece constantemente las conexiones en el cerebro -aporta Tritsch-, entonces los problemas con este mecanismo podrían conducir a la formación de demasiadas conexiones incorrectas, lo que haría que aprendieran de eventos que en realidad no ocurrieron.

De manera similar, la falta de motivación es un síntoma común de la depresión, lo que dificulta realizar tareas básicas como levantarse de la cama, cepillarse los dientes o ir a trabajar. Es posible que una interrupción en el sistema de propulsión interna esté contribuyendo a estos problemas.

Como resultado, Tritsch dice que el equipo de investigación planea examinar cómo se comportan los ciclos de dopamina-acetilcolina en modelos animales de tales enfermedades mentales, así como durante el sueño, que es importante para la consolidación de la memoria.

Además de Krok y Tritsch, otros investigadores involucrados en el estudio fueron Marta Maltese, PhD; y Pratik Mistry, MS; en NYU Langone y Xiaolei Miao, PhD; y Yulong Li, PhD, de la Facultad de Ciencias de la Vida de la Universidad de Pekín en Beijing.