Les rates tenen imaginació, segons un estudi

Investigadors del Janelia Research Campus del HHMI han desenvolupat un nou sistema que combina la realitat virtual i una interfície cervell-màquina per sondejar els pensaments interns de les rates.  Així, van descobrir que els animals poden pensar en llocs i objectes que no són just davant d’ells, utilitzant els seus pensaments per imaginar que caminen cap a un lloc o mouen un objecte remot a un punt específic.

Igual com els humans, quan els rosegadors experimenten llocs i esdeveniments, s’activen patrons específics d’activitat neuronal en l’hipocamp, una zona del cervell responsable de la memòria espacial. El nou estudi descobreix que les rates poden generar voluntàriament aquests mateixos patrons d’activitat i fer-ho per recordar llocs remots allunyats de la seua posició actual.

"En efecte, la rata pot activar la representació de llocs de l’entorn sense desplaçar-se fins ells -afirma Chongxi Lai, postdoctorand als laboratoris Harris i Lee i primer autor d’un article que descriu els nous descobriments. Encara que el seu cos físic estigui fix, els seus pensaments espacials poden viatjar fins a un lloc molt remot".

Aquesta capacitat d’imaginar-se llocs allunyats de la posició actual és fonamental per recordar successos passats i imaginar possibles escenaris futurs. Per tant, el nou treball demostra que els animals, igual com els humans, tenen una forma d’imaginació, segons els autors de l’estudi. "Imaginar és una de les coses més extraordinàries que pot fer l’ésser humà. Ara hem descobert que els animals també poden fer-ho, i hem trobat una manera d’estudiar-ho", recalca Albert Lee, antic cap de grup a Janelia i ara investigador del HHMI al Centre Mèdic Beth Israel Deaconess.

El projecte va començar fa nou anys, quan Lai va arribar al Janelia com a estudiant de postgrau amb la idea de provar si un animal podia pensar. El seu assessor, Tim Harris, investigador principal de Janelia, va suggerir a Lai que caminés pel passadís per xarrar amb Lee, el laboratori del qual tenia preguntes similares. Junts, els laboratoris van treballar per desenvolupar un sistema que permetés entendre el que pensen els animals: un "detector de pensament" en temps real capaç de mesurar l’activitat neuronal i traduir el seu significat.

El sistema utilitza una interfície cervell-màquina (IMC), que proporciona una connexió directa entre l’activitat cerebral i un dispositiu extern. En el sistema de l’equip, l’IMC produeix una connexió entre l’activitat elèctrica de l’hipocamp de la rata i la seua posició en un escenari de realitat virtual de 360 graus.

L’hipocamp emmagatzema mapes mentals del món que intervenen en el record d’esdeveniments passats i la imaginació d’escenaris futurs. El record implica la generació de patrons específics d’activitat en l’hipocamp relacionats amb llocs i esdeveniments. Però ningú no sabia si els animals podien controlar voluntàriament aquesta activitat.

L’IMC permet als investigadors comprovar si una rata pot activar l’activitat de l’hipocamp amb només pensar en un lloc de l’escenari sense anar-hi  físicament, és a dir, detectar si l’animal és capaç d’imaginar que va a aquest lloc. Una vegada van haver desenvolupat el seu sistema, els investigadors van haver de crear el 'diccionari de pensament’ que els permetria descodificar els senyals cerebrals de la rata. Aquest diccionari recopila com són els patrons d’activitat quan la rata experimenta alguna cosa, en aquest cas, llocs a l’escenari de realitat virtual.

La rata és introduïda en el sistema de RV, dissenyat per Shinsuke Tanaka, investigador del laboratori Lee. Mentre la rata camina per una cinta esfèrica, els seus moviments es reflecteixen a la pantalla de 360 graus. La rata és recompensada quan arriba al seu objectiu.

Alhora, el sistema d’IMC registra l’activitat de l’hipocamp de la rata. Els investigadors poden veure quines neurones s’activen quan la rata navega per la sorra per arribar a cada objectiu. Aquests senyals constitueixen la base d’un IMC de l’hipocamp en temps real, en què  l’activitat cerebral de l’hipocamp es tradueix en accions en la pantalla. A continuació, els investigadors desconnecten la cinta i recompensen la rata per reproduir el patró d’activitat de l’hipocamp associat a la localització d’un objectiu. En aquesta tasca, denominada "Jumper" per una pel·lícula de 2008 del mateix nom, l’IMC tradueix l’activitat cerebral de l’animal en moviment en la pantalla de realitat virtual.

Essencialment, l’animal utilitza els seus pensaments per arribar a la recompensa pensant primer on ha d’anar per aconseguir-la. Aquest procés de pensament és una cosa que els humans experimentem amb regularitat. Per exemple, quan ens demanen que anem a fer la compra a una botiga coneguda, ens imaginem els llocs pels quals passarem abans de sortir de casa.

En la segona tasca, la tasca 'Jedi' (una picada d’ullet a La Guerra de les Galàxies), la rata mou un objecte a un lloc només amb el pensament. La rata està fixa en un lloc virtual, però "mou" un objecte cap a un objectiu en l’espai de RV controlant la seua activitat hipocampal, com una persona asseguda a la seua oficina que s'imagina agafar una tassa al costat de la cafetera i omplir-la de cafè. A continuació, els investigadors van canviar la ubicació de l’objectiu, exigint a l’animal que produís patrons d’activitat associats a la nova ubicació.

L’equip va descobrir que les rates poden controlar amb precisió i flexibilitat la seua activitat hipocampal, de la mateixa manera que probablement ho fan els humans. A més, els animals són capaços de mantenir aquesta activitat en l’hipocamp durant diversos segons, un temps similar a què els humans tarden a reviure fets passats o imaginar nous escenaris."El sorprenent és com les rates aprenen a pensar en aquest lloc, i en cap altre, durant un període de temps molt llarg, basant-nos en la nostra noció, potser ingènua, de la capacitat d’atenció d’una rata", afirma Harris. 

La investigació també demostra que l’IMC pot utilitzar-se per sondejar l’activitat de l’hipocamp, la qual cosa proporciona un sistema nou per estudiar aquesta important regió del cervell. Atès que l’IMC s’utilitza cada vegada més en pròtesi, aquest nou treball també obre la possibilitat de dissenyar nous dispositius protètics basats en els mateixos principis, segons els autors.