La regla de Hebb es un principio fundamental en neurociencia y psicología que se hace referencia a cómo se forman y refuerzan las conexiones sinápticas entre las neuronas en el cerebro.

En qué consiste la regla de Hebb

La idea básica detrás de la regla de Hebb es que si dos neuronas se activan de manera sincronizada repetidamente, la fuerza de la conexión sináptica entre ellas aumenta, lo que provoca que, en el futuro, la activación de una de las neuronas aumentará la probabilidad de que la otra también se active. Este proceso se conoce como «potenciación a largo plazo» o LTP (Long-Term Potentiation) y es un mecanismo clave en el aprendizaje y la formación de memoria en el cerebro.

Esta regla fue propuesta por el psicólogo canadiense Donald O. Hebb en 1949 en su libro «The Organization of Behavior». Donald Olding Hebb (1904-1985) fue un influyente psicólogo canadiense que realizó importantes contribuciones al campo de la psicología y la neurociencia. Nacido en Chester, Nueva Escocia, Hebb estudió en la Universidad de Dalhousie antes de obtener su doctorado en psicología en la Universidad de Harvard bajo la supervisión de Karl Lashley, un destacado psicólogo y neurocientífico de la época.

Además de sus contribuciones teóricas, Hebb también fue un defensor de la adopción de enfoques interdisciplinarios en la psicología y la neurociencia, reconociendo la importancia de combinar la teoría y la experimentación para comprender el cerebro y la mente. A lo largo de su carrera, ocupó cargos académicos en varias universidades, incluida la Universidad de McGill, donde fue profesor y director del Departamento de Psicología. Sus ideas y trabajo han dejado un impacto duradero en la neurociencia, la psicología y la inteligencia artificial.

La regla de Hebb se puede resumir con la frase «Las neuronas que se disparan juntas, se conectan juntas», y ha sido fundamental para comprender cómo se forman y almacenan las memorias en el cerebro, y ha influido en la investigación en inteligencia artificial y redes neuronales artificiales.

La regla de Hebb se aplica en modelos computacionales y matemáticos de redes neuronales artificiales, donde se utiliza para ajustar los pesos de las conexiones entre las unidades de procesamiento. Este enfoque se conoce como aprendizaje Hebbiano y ha sido muy influyente en el desarrollo de algoritmos de aprendizaje para la inteligencia artificial y la comprensión de cómo funcionan las redes neuronales biológicas.

La consolidación de la regla de Hebb

La regla de Hebb se basa en observaciones y en estudios teóricos de cómo las neuronas interactúan y se conectan en el cerebro. Aunque la idea original fue propuesta por Donald Hebb en 1949, la evidencia experimental directa que respalda la regla de Hebb fue desarrollándose posteriormente a través de los estudios sobre la potenciación a largo plazo.

LTP es un proceso mediante el cual la fuerza de las conexiones sinápticas entre las neuronas se incrementa en respuesta a la activación simultánea y repetida, así, la activación simultánea y repetida de neuronas pre y postsinápticas aumenta la fuerza de las conexiones sinápticas entre ellas. El descubrimiento de LTP proporcionó evidencia de que los mecanismos subyacentes a la regla de Hebb realmente ocurren en el cerebro.

Uno de los primeros experimentos cruciales que demostraron la existencia del LTP fue realizado por Terje Lømo y Tim Bliss en 1973. Estos dos neurocientíficos, estudiaron el hipocampo (una región cerebral importante para la formación de memoria y el aprendizaje espacial) en conejos anestesiados.

Al aplicar un estímulo eléctrico a una vía neural específica en el hipocampo (la vía perforante), observaron que las respuestas sinápticas de las células nerviosas en dicha región del hipocampo aumentaron de manera sostenida después de una serie de estímulos de alta frecuencia. Este aumento en la fuerza sináptica duró horas e incluso días, proporcionando evidencia directa de LTP en el cerebro.

Desde entonces, muchos otros estudios han respaldado y ampliado la comprensión de LTP y cómo se relaciona con la regla de Hebb. Los investigadores han identificado moléculas y mecanismos celulares involucrados en el proceso de LTP, como la activación de receptores NMDA y cambios en la cantidad y función de los receptores de glutamato.

Tras los experimentos de Lømo y Bliss, otros investigadores replicaron y ampliaron sus hallazgos en diferentes regiones cerebrales y especies, y encontraron fenómenos similares en otras regiones del cerebro y en diversas especies, lo que sugiere que la potenciación a largo plazo y la regla de Hebb son principios fundamentales en la organización y funcionamiento del sistema nervioso.

Otros estudios que corroboran la regla de Hebb

A lo largo de los años, diversos estudios experimentales han proporcionado evidencia que respaldan la regla de Hebb. Aparte de los descubrimientos sobre potenciación a largo plazo realizados por Lømo Bliss de 1973, los estudios sobre plasticidad dependiente de la experiencia ayudaron a respaldar la regla de Hebb, demostrando que la exposición a estímulos específicos o la realización de tareas particulares durante períodos críticos del desarrollo cerebral puede alterar las conexiones sinápticas.

Un ejemplo clásico es el experimento del «ojo tapado» en gatos jóvenes, realizado por Hubel y Wiesel en la década de 1960. Al tapar un ojo durante un período crítico temprano del desarrollo, las conexiones sinápticas en la corteza visual se reorganizaron de tal manera que las neuronas que normalmente responderían al ojo cerrado se conectaron preferentemente con el ojo abierto.

La regla de Hebb también se evidencia en el aprendizaje de habilidades motoras y musicales. Por ejemplo, cuando aprendemos a tocar un instrumento musical, las neuronas en áreas motoras y sensoriales del cerebro se activan de manera sincronizada y repetida. A medida que se practica, las conexiones sinápticas entre estas neuronas se fortalecen, lo que facilita el desempeño y la coordinación de las habilidades motoras requeridas para tocar el instrumento.

Estudios de neuroimagen han demostrado cambios en la estructura y función cerebral en músicos expertos, lo que respalda la idea de que la práctica repetida y sincronizada de habilidades motoras conduce al fortalecimiento de las conexiones sinápticas según la regla de Hebb.

Estos estudios, junto con otros hallazgos en neurociencia, respaldan la regla de Hebb y destacan cómo la actividad neural repetida y sincronizada puede dar lugar a cambios duraderos en la fuerza de las conexiones sinápticas, lo que subyace en el aprendizaje y la formación de memoria.

La potenciación a largo plazo

La LTP, (por sus siglas en inglés) es un proceso neuronal que implica el fortalecimiento duradero de las conexiones sinápticas entre las neuronas en respuesta a la activación repetida y sincronizada, se trata de uno de los principales mecanismos celulares que subyacen al aprendizaje y la formación de memoria en el cerebro.

Cuando una neurona presináptica se activa y libera neurotransmisores en la sinapsis, estos neurotransmisores se unen a los receptores en la neurona postsináptica, lo que puede desencadenar la activación de la neurona postsináptica. Si la activación sincronizada y repetida de las neuronas pre y postsinápticas ocurre con suficiente frecuencia, la fuerza de la conexión sináptica entre ellas aumenta, y como resultado, la probabilidad de que la neurona postsináptica se active en respuesta a la liberación de neurotransmisores por parte de la neurona presináptica también aumenta.

El proceso de potenciación a largo plazo se basa en ciertos mecanismos moleculares y celulares:

  • Activación de los receptores NMDA: Estos receptores son sensibles al glutamato, un neurotransmisor excitatorio importante en el cerebro. La activación de los receptores NMDA permite la entrada de iones de calcio en la neurona postsináptica, lo que desencadena una cascada de señalización intracelular que conduce al fortalecimiento sináptico.
  • Cambios en la cantidad y función de los receptores de glutamato: Como resultado de la cascada de señalización intracelular, la cantidad de receptores de glutamato en la membrana postsináptica puede aumentar, lo que mejora la respuesta de la neurona postsináptica a la liberación de glutamato por parte de la neurona presináptica.
  • Cambios estructurales en la sinapsis: LTP también puede inducir cambios en la morfología y estructura de las espinas dendríticas, las pequeñas protuberancias en las dendritas de las neuronas que forman la parte postsináptica de las sinapsis excitadoras. Estos cambios pueden incluir el crecimiento de nuevas espinas dendríticas o la modificación de las existentes.

La potenciación a largo plazo se ha estudiado principalmente en el hipocampo, una región del cerebro crucial para la formación de memoria y el aprendizaje espacial, sin embargo, también se ha observado en otras áreas cerebrales, por lo que se cree que es un mecanismo fundamental para el almacenamiento de información en el cerebro.

Los estudios han examinado cómo LTP se relaciona con la formación de memoria y el aprendizaje en el cerebro, y han demostrado que la inducción de LTP en el hipocampo puede mejorar el rendimiento en tareas de aprendizaje espacial, mientras que la inhibición de LTP puede deteriorar el rendimiento en estas tareas. Estos hallazgos respaldan la idea de que LTP es un mecanismo clave en el almacenamiento de información en el cerebro.

También se ha constatado cómo las alteraciones en LTP estan relacionadas con trastornos neurológicos y enfermedades. Por ejemplo, se ha observado que LTP está alterado en modelos animales de enfermedad de Alzheimer y esquizofrenia, lo que sugiere que los cambios en LTP pueden contribuir a las disfunciones cognitivas asociadas con estas enfermedades.

Bibliografía

  • Long-lasting potentiation of synaptic transmission in the dentate area of the anaesthetized rabbit following stimulation of the perforant path – https://doi.org/10.1113/jphysiol.1973.sp010273
  • A Brief History of Long-Term Potentiation – https://doi.org/10.1016/j.neuron.2016.12.015
  • LTP and LTD: an embarrassment of riches – https://doi.org/10.1016/j.neuron.2004.09.012
  • Synaptic plasticity and memory: an evaluation of the hypothesis – https://doi.org/10.1146/annurev.neuro.23.1.649
  • Imagen de macrovector en Freepik – https://www.freepik.es/vector-gratis/infografia-plana-sinapsis-cerebral-neurociencia-esquema-diagrama-celulas-neuronales-subtitulos-texto-punteros-ilustracion-vectorial_26762581.htm

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