febrero 1, 2023

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La capacidad del cerebro para percibir el espacio a medida que el universo se expande.

resumen: El tiempo que se pasa en un nuevo entorno hace que las representaciones neuronales crezcan de manera sorprendente.

Fuente: Instituto Salik

Los niños pequeños a veces piensan que la luna los sigue o que pueden extender la mano y tocarla. Parece mucho más cerca de lo que es proporcional a la distancia real. A medida que nos movemos en nuestra vida diaria, tendemos a pensar que estamos navegando en el espacio de forma lineal.

Pero los científicos de Salk descubrieron que el tiempo dedicado a explorar el entorno hace que las representaciones neuronales crezcan de formas sorprendentes.

Resultados publicados en Neurociencia natural El 29 de diciembre de 2022, demostró que las neuronas del hipocampo que son esenciales para la navegación espacial, la memoria y la planificación representan el espacio de una manera consistente con la geometría hiperbólica no lineal, una extensión tridimensional que crece exponencialmente hacia afuera. (En otras palabras, su forma se asemeja al interior de un reloj de arena que se expande).

Los investigadores también encontraron que el tamaño de ese espacio aumentaba con el tiempo pasado en un lugar. El volumen aumenta de forma logarítmica proporcional al máximo aumento posible de la información procesada por el cerebro.

Este descubrimiento proporciona vías valiosas para analizar datos relacionados con trastornos neurocognitivos relacionados con el aprendizaje y la memoria, como la enfermedad de Alzheimer.

Nuestro estudio muestra que el cerebro no siempre funciona de forma lineal. En cambio, las redes neuronales operan a lo largo de una curva en expansión, que se puede analizar y comprender mediante la geometría hiperbólica y la teoría de la información”, dice la profesora de Salk Tatyana Sharpee, presidente de Edwin K. Hunter, quien dirigió el estudio.

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«Fue emocionante ver que las respuestas neuronales en esta región del cerebro formaron un mapa que se expandió experiencialmente en función de la cantidad de tiempo dedicado a un lugar en particular. El efecto persistió incluso con ligeras desviaciones en el tiempo cuando el animal corría más lento o más rápido en el entorno.»

El laboratorio de Sharpee utiliza enfoques computacionales avanzados para comprender mejor cómo funciona el cerebro. Recientemente, han sido pioneros en el uso de la geometría hiperbólica para comprender mejor las señales biológicas, como las moléculas de olor, además de la percepción del olor.

En el estudio actual, los científicos descubrieron que la geometría hiperbólica también dirige las respuestas neuronales. Los mapas hiperbólicos de moléculas sensoriales y eventos se ven a través de mapas neuronales hiperbólicos.

Las nuevas experiencias se internalizan en representaciones neuronales a lo largo del tiempo, indicadas aquí por un reloj de arena adicional. Crédito: Instituto Salik

Las representaciones espaciales se expandieron dinámicamente en correlación con la cantidad de tiempo que la rata pasó explorando cada entorno. Y a medida que la rata se movía más lentamente en el entorno, obtuvo más información sobre el espacio, lo que provocó que sus representaciones neuronales crecieran más.

«Los resultados brindan una nueva perspectiva sobre cómo las representaciones neuronales pueden cambiar a través de la experiencia», dice Huanqiu Zhang, estudiante de posgrado en el laboratorio de Sharpee.

«Los principios de ingeniería identificados en nuestro estudio también podrían guiar futuros esfuerzos para comprender la actividad neuronal en diferentes sistemas cerebrales».

«Se podría pensar que la geometría hiperbólica solo se aplica a una escala cósmica, pero eso no es cierto», dice Sharpe.

«Nuestros cerebros funcionan mucho más lento que la velocidad de la luz, lo que puede ser una razón por la que se observan efectos deterministas en espacios perceptibles en lugar de espacios cósmicos. A continuación, nos gustaría aprender más sobre cómo estas representaciones hiperbólicas dinámicas crecen en el cerebro, interactúan , y comunicarse entre sí.”

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Otros autores incluyen B. Dylan Rich de la Universidad de Princeton y Albert K. Lee es del Campus de Investigación Janelia en el Instituto Médico Howard Hughes.

Ver también

Esto muestra el laberinto que los investigadores usaron.

Acerca de esta búsqueda de noticias de visualización espacial

autor: oficina de prensa
Fuente: Instituto Salik
comunicación: Oficina de Prensa – Instituto Salik
fotografía: Créditos de imagen para el Instituto Salk

Búsqueda original: acceso abierto.
«Las representaciones espaciales del hipocampo muestran una geometría hiperbólica que escala con la experienciaPor Huanqiu Zhang et al. Neurociencia natural


un resumen

Las representaciones espaciales del hipocampo muestran una geometría hiperbólica que escala con la experiencia

La experiencia cotidiana sugiere que percibimos distancias linealmente cercanas a nosotros. Sin embargo, se desconoce la geometría real de la representación espacial en el cerebro.

Aquí informamos que las neuronas en la región CA1 del hipocampo de rata que median la percepción espacial representan el espacio de acuerdo con una geometría hiperbólica no lineal. Esta geometría usa una escala exponencial y produce más información posicional que una escala lineal.

Descubrimos que el tamaño de la representación coincidía con las predicciones óptimas del número de neuronas CA1. Las representaciones también se expandieron dinámicamente en proporción al logaritmo del tiempo que el animal pasó explorando el entorno, correspondiente a la máxima cantidad de información mutua que se podía recibir. Los cambios dinámicos registraron incluso pequeñas diferencias debidas a cambios en la velocidad de carrera del animal.

Estos resultados demuestran cómo los circuitos neuronales logran representaciones eficientes utilizando geometría hiperbólica dinámica.