Investigan cómo aprende el cerebro cuando no hay tarea, recompensa ni instrucciones

Explorar sin rumbo también puede ser una forma de aprender, aunque no lo sepamos. Ver pasar las vidrieras sin buscar nada, dejarse llevar por un parque nuevo o caminar por un pasillo de supermercado sin una lista en mano. Momentos que parecen triviales, casi vacíos de propósito. Pero, según una nueva investigación científica, en esos instantes el cerebro estaría trabajando de manera silenciosa y eficaz: organizando el entorno, captando patrones visuales, memorizando sin que nadie se lo pida.

Una serie de experimentos realizados en el Instituto Janelia del Instituto Médico Howard Hughes (HHMI) de Estados Unidos sugiere que esta forma de “deambular mentalmente” no solo tiene sentido, sino que sería uno de los pilares del aprendizaje.

A través del registro simultáneo de la actividad de miles de neuronas en ratones, los investigadores observaron que el cerebro puede aprender sin instrucciones, sin premios y sin un objetivo claro. El estudio fue publicado en la revista Nature.

Un equipo de neurocientíficos del HHMI analizó si el cerebro puede reconfigurarse a partir de la exploración espontánea del entorno, sin necesidad de premios ni entrenamiento. El hallazgo postula que incluso cuando no se está haciendo nada “útil”, el sistema nervioso continúa formando mapas internos y codificando información visual que será valiosa más adelante, explicó Marius Pachitariu, líder del grupo en el campus Janelia.

Para estudiar esta forma de aprendizaje sin supervisión, el equipo diseñó un sistema de realidad virtual con corredores digitales que los ratones podían recorrer. Estos pasillos estaban cubiertos por distintas texturas visuales, algunas de las cuales estaban asociadas a recompensas (como alimento). La clave: también había ratones que no recibían ningún premio, simplemente caminaban por el entorno sin indicaciones.

Durante el experimento, los científicos utilizaron un dispositivo llamado mesoscopio que les permitió registrar la actividad de hasta 90.000 neuronas al mismo tiempo. Gracias a este volumen de datos, pudieron observar qué regiones del cerebro se activaban durante la simple exposición a los estímulos, sin que los ratones supieran qué hacer.

Lin Zhong, investigador principal del estudio, destacó: “Me sorprendió mucho. He estado realizando experimentos de comportamiento desde mi doctorado, y nunca imaginé que sin entrenar a ratones para realizar una tarea, se encontraría la misma neuroplasticidad”.

Al comparar dos grupos —uno entrenado con recompensas y otro que solo exploró los corredores sin recibir indicaciones—, los científicos detectaron que ambos presentaban cambios similares en la corteza visual. Es decir, el aprendizaje ocurrió incluso sin refuerzo. En palabras de Zhong, “significa que no siempre necesitas un maestro: aún puedes aprender sobre tu entorno inconscientemente, y este tipo de aprendizaje puede prepararte para el futuro”.

Además, cuando a esos ratones exploradores se les asignó una tarea concreta, resolvieron el desafío mucho más rápido que los que empezaban desde cero. El aprendizaje no supervisado actuó como una especie de precalentamiento cerebral.

El estudio distingue dos mecanismos que pueden ocurrir al mismo tiempo en el cerebro: el aprendizaje no supervisado, que ocurre durante la observación pasiva del entorno, y el aprendizaje supervisado, que se activa cuando hay un objetivo claro o una recompensa.

En el registro neuronal se observó que diferentes regiones de la corteza visual respondían según el tipo de estímulo: unas codificaban patrones visuales de manera pasiva, mientras que otras se activaban al incorporar una consigna. Los autores explican que el cerebro “podría utilizar simultáneamente ambos algoritmos: un componente no supervisado para extraer características y un componente supervisado para asignarles significado”.

“Los resultados sugieren que las representaciones neuronales que emergen del aprendizaje no supervisado pueden acelerar el aprendizaje en tareas posteriores”, escribieron Zhong y Pachitariu en Nature.

El estudio se realizó en ratones y aún no está claro cómo el cerebro elige qué estímulos conservar o desechar. No obstante, según Pachitariu, este trabajo “es una puerta de entrada para estudiar estos algoritmos de aprendizaje no supervisado en el cerebro”. Y añadió: “Si esa es la principal forma en que el cerebro aprende, a diferencia de una forma más instruida y dirigida a objetivos, entonces necesitamos estudiar esa parte también”.