Una investigació duta a terme per membres del grup SPECS, del Centre de Neuro-Robòtica i Sistemes Autònoms i NeuroRobotics (NRAS) de la Universitat Pompeu Fabra, liderada per l'investigador ICREA Paul Verschure, ha suposat un clar avanç cap a la comprensió dels mecanismes neuronals subjacents a la presa de decisions.

En un article d'investigació publicat el passat 24 d'abril a la prestigiosa revista Neuron, Verschure i els seus col·laboradors, incloent com a autora principal Encarni Marcos, de SPECS-NRAS, i Gustavo Deco, investigador ICREA del Center for Brain and Cognition de la UPF, mostra com l'experiència prèvia influeix en la presa de decisions motores.

Aquest estudi presenta una nova i més elaborada visió sobre la forma en què el cervell pren decisions, segons la qual agafa com a punt de partida la forma en què la memòria d'esdeveniments anteriors afecta les decisions actuals (imatge de la dreta).

Curiosament aquest aspecte ha rebut fins ara poca atenció en l'estudi dels mecanismes neuronals de la presa de decisions. Seguint una col·laboració multi-disciplinària, incloent neurociència computacional i estudis fisiològics, realitzats per Stefano Ferraina i els seus col·legues del departament de fisiologia i farmacologia de la Universitat La Sapienza de Roma, una sèrie de noves idees han estat descobertes: la variabilitat de l'activitat neuronal pot predir la precisió i el temps de reacció de la resposta motora. Aquest és un resultat sorprenent, especialment tenint en compte les publicacions recents de gran impactem que afirmen que la variabilitat neuronal és una característica no específica del cervell.

Els experiments fisiològics van mesurar l'activitat de les neurones a l'escorça premotora dorsal de primats (Macaca Mulatta) quan aquests realitzaven una tasca de contraordre amb moviments del braç. En aquesta tasca el mico està entrenat per realitzar moviments cap a un objectiu per tal d'aconseguir una recompensa però a intervals irregulars (quan se li dona una ordre de cancel·lació) aquests moviments han de ser interromputs o revocats.

Aquest paradigma va permetre als autors del treball publicat a Neuron analitzar amb precisió com l'experiència prèvia, és a dir, les accions preses prèviament pel mico, afecta als diferents aspectes de l'activitat neuronal. Així, mostren que, en decidir entre l'execució d'un moviment planificat o cancel·lar aquest moviment, la decisió està fortament afectada per l'experiència passada i aquest efecte pot ser descodificat a nivell neuronal (imatge de sota, on veiem un model computacional de presa de decisions (moviment o cancel·lació), en què les gràfiques mostren que només amb la simulació d'un senyal que monotoritza l'experiència prèvia es poden explicar els efectes observats al temps de reacció i a la variabilitat de les respostes neuronals.

En termes de comportament aquesta influència condueix a un canvi en el temps de reacció, mentre que a nivell neuronal la variabilitat de les respostes està modulada. L'estudi mostra que tant la variabilitat de la resposta neural i el temps de reacció estan altament correlacionats i que el primer pot predir amb exactitud el segon.

L'aspecte fisiològic de l'estudi posa en relleu la importància de la variabilitat de l'activitat neuronal en el procés de codificació de la informació, ja que mostra una signatura de l'experiència anterior. La següent pregunta a la que els investigadors intenten donar resposta és a com el cervell podria generar aquest efecte.

Amb l'ús d'un model computacional dels processos neuronals subjacents a la presa de decisió, els autors mostren que un senyal de monotorització de l'experiència passada és necessari i suficient per explicar la modulació observada en el temps de reacció i variabilitat de la resposta neuronal. Més específicament, l'estudi prediu que tal senyal modula la competència entre grups neuronals. Actualment els autors estan realitzant un estudi que intenta trobar resposta a aquesta predicció específica.

Aquest estudi va ser recolzat pels projectes europeus Goal-Leaders i Experimental Functional Android Assistant - EFAA i representa un important pas endavant en la nostra comprensió dels mecanismes i processos de presa de decisions en el món real, on les decisions són majoritàriament orientades en un major o menor grau per l'experiència anterior.

Treball de referència: Marcos, Encarni; Pani, Pierpaolo; Brunamonti, Emiliano; Deco, Gustavo; Ferraina, Stefano; Verschure, Paul. Neural Variability in Premotor Cortex Is Modulated by Trial History and Predicts Behavioral Performance. Neuron. 78 (2), 249-255.