Escapar de un peligro inminente es esencial para sobrevivir. Los animales deben aprender un nuevo entorno lo suficientemente rápido como para poder elegir la ruta más corta hacia la seguridad. Pero, ¿cómo hacen esto sin haber experimentado nunca una amenaza en el nuevo entorno?

Los neurocientíficos del Sainsbury Wellcome Center de la UCL exploraron cómo los ratones aprenden sobre su entorno espacial y las estrategias de comportamiento que utilizan para tomar la ruta más corta hacia un refugio cuando tienen miedo.

En un nuevo estudio, publicado hoy en Current Biology , los investigadores muestran que los ratones aprenden la ruta más corta para escapar después de solo 10 minutos de explorar el entorno y no necesitan experiencia previa de amenaza.

"En muchos estudios de neurociencia, se entrena a los ratones para resolver laberintos complejos y se les da mucho tiempo para aprender cómo hacerlo. Pero en la naturaleza, los ratones no tienen ese lujo:cuando se enfrentan a una amenaza, deben escapar para refugiarse lo más rápido posible. posible. La pregunta es cómo los ratones aprenden esto tan rápido, sin la oportunidad de prueba y error", dijo Tiago Branco, líder de grupo en el Sainsbury Wellcome Center y autor correspondiente del artículo.

Para explorar esta pregunta, los investigadores de SWC llevaron a cabo una serie de experimentos de comportamiento en los que les dieron a los ratones la opción de dos o tres rutas de regreso a un refugio. Los científicos usaron un sonido fuerte o un estímulo inminente, simulando un depredador, para asustar a los ratones y luego observaron su ruta de regreso al refugio.

En primer lugar, los neurocientíficos bloquearon el camino directo al refugio y descubrieron que los ratones aprendieron a usar una de las otras rutas. A continuación, los investigadores exploraron si los ratones podían elegir correctamente entre dos caminos de diferente longitud. Los experimentos se llevaron a cabo en la oscuridad, lo que significa que los ratones no podían ver la ruta más corta. Sin embargo, los investigadores observaron que los ratones prefieren el camino más corto, particularmente cuando hay una diferencia mayor entre las longitudes de los dos caminos.

Para comprender cómo los ratones aprenden esto, los investigadores estudiaron a los que estaban experimentando amenazas por primera vez y observaron que los ratones sin experiencia ya tenían preferencia por la ruta más corta. Por lo tanto, los ratones deben adquirir esta información a través de la exploración natural y no tienen que experimentar primero una amenaza para aprender a elegir la mejor ruta de escape. Además, los ratones aprendieron esto después de solo 10 minutos de explorar el entorno.

"Los ratones son depredados por muchas especies, por lo que para un ratón es muy importante saber cómo escapar a un lugar seguro. Si coloca un ratón en un entorno nuevo, su prioridad es trazar un mapa del espacio y averiguar cómo llegar a un lugar seguro. Esto está en el repertorio natural del comportamiento del ratón y no tiene que ser instruido explícitamente", dijo Tiago Branco.

Tradicionalmente, se cree que los animales aprenden experimentando el valor de algo y mapeándolo en la geometría espacial. Por ejemplo, si los ratones estuvieran expuestos repetidamente a amenazas muchas veces y se sintieran estresados ​​al tomar el camino largo de regreso a la seguridad, le asignarían un valor más bajo al camino más largo y aprenderían a tomar el camino más corto en su lugar.

Sin embargo, en este experimento, los animales no estaban haciendo eso. En cambio, los ratones asumieron que la ruta corta era la mejor para escapar. Los investigadores se refieren a esta suposición como una heurística innata. A través de la evolución, los ratones han adquirido un conjunto de circuitos neuronales que les otorgan la capacidad de tomar estas decisiones innatas después de la exploración natural.

"Los animales son muy buenos para aprender sobre las cosas que les importan. Para comprender el cerebro del ratón y los algoritmos y circuitos neuronales que respaldan el aprendizaje, es importante observar los comportamientos para los que ha evolucionado el ratón y las limitaciones que tienen. están bajo para aprender rápido y eficientemente", comentó Tiago Branco.

Para explorar los algoritmos que el cerebro podría estar usando para permitir que los ratones elijan la mejor ruta de escape, los investigadores observaron tres modelos computacionales diferentes y preguntaron si los algoritmos artificiales podrían funcionar tan bien como los ratones en la tarea. Descubrieron que los tres algoritmos funcionaban muy bien si se permitía que el ratón artificial explorara durante mucho tiempo. Sin embargo, el ratón real solo tuvo 10 minutos para explorar.

Y así, los investigadores alimentaron al ratón artificial con las trayectorias que tomó el ratón real y descubrieron que el algoritmo más simple posible, llamado modelo libre, no podía aprender a elegir el camino más corto. Los dos modelos más complejos, llamados basados ​​en modelos, podían aprender la mejor ruta de escape, pero solo eran correctos alrededor de la mitad de las veces. Esto les da a los investigadores algunas ideas sobre lo que el cerebro necesita para que los ratones puedan seleccionar la ruta de escape óptima.

Los próximos pasos para los investigadores son profundizar en cómo funciona esto en el cerebro y cómo los ratones asignan valor a las acciones en este paradigma natural. Esta pregunta es una pequeña pieza del rompecabezas más grande de cómo los animales eligen qué acciones van a hacer en función de sus expectativas de lo que será mejor a corto o largo plazo. Los neurocientíficos esperan comprender esta forma de mapeo de valores en un comportamiento de acción para obtener una idea de los tipos de algoritmos que el cerebro puede estar usando para implementar un aprendizaje rápido.