Esta semana en la ciencia 13|46

 

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  • La corteza cerebral y la toma de decisiones

“Los animales pueden cambiar rápidamente entre contextos, lo que implica la existencia de una rápida modulación; mecanismo dentro del cerebro que le permite ajustarse a los estímulos, seleccionando información sensorial relevante para la toma de decisiones y la acción.”

  • Entrelazamiento cuántico de movimiento mecánico con campos electromagnéticos de microondas

“Lo que ha conseguido este equipo se une a una serie de experimentos que han probado y demostrado las implicaciones de la teoría cuántica en sistemas de osciladores micrométricos sincronizados con campos de microondas y campos ópticos.”

La corteza cerebral y la toma de decisiones

Semana -1346 - 1 DecisiónLas interacciones que tenemos con el mundo son inherentemente flexibles. Estímulos sensoriales iguales pueden originar comportamientos muy diferentes, dependiendo del contexto, que puede incluir objetivos, experiencias pasadas relevantes y expectativas de eventos futuros.

Los animales pueden cambiar rápidamente entre contextos conductuales, lo que implica la existencia de una rápida modulación; mecanismo dentro del cerebro que le permite ajustarse a los estímulos, seleccionando información sensorial relevante para la toma de decisiones y la acción.

Se considera que la corteza prefrontal tiene un papel fundamental en la plasticidad del comportamiento dependiente del contexto, ya que contribuye a la representación y mantenimiento del conocimiento del contexto; ignorando información irrelevante y suprimiendo conductas inapropiadas, sin embargo, la naturaleza exacta del procesamiento subyacente de esta función sigue siendo en gran medida desconocida.

Las neuronas prefrontales individuales, en particular, suelen generar respuestas muy complejas que desafían la comprensión de la manera en que contribuyen en la conducta.

Esta semana en la revista Nature, investigadores de Alemania y Estados Unidos presentaron los resultados de la investigación en la que estudiaron la actividad de la corteza prefrontal de macacos al seleccionar e integrar estímulos sensoriales durante la toma de decisiones en un determinado contexto.

Observaron que cuando los macacos desempeñan una tarea sensoriomotora, estímulos relevantes e irrelevantes se entremezclan en las neuronas individuales de la corteza prefrontal, sin embargo, al momento de tomar una decisión respecto a la tarea, los monos discriminaban con éxito los estímulos relevantes e ignoraban los irrelevantes según el contexto.

Ante esto, los investigadores desarrollaron un software, llamado red neuronal recurrente, para simular cómo funcionaban estas neuronas y facilitar el registro de la actividad neuronal durante el proceso de toma de decisiones. Concluyeron que la complejidad y el papel funcional de la actividad de las neuronas individuales, se entienden más fácilmente en el marco de un proceso dinámico que se desarrolla dentro de una población de neuronas, lo que sugiere la existencia de un mecanismo desconocido para la selección e integración de los estímulos relevantes para la toma de decisiones durante una determinada tarea.

Este mecanismo muestra que la selección y la integración son dos aspectos de un solo proceso dinámico, que se lleva a cabo dentro del mismo circuito prefrontal, proporcionando un nuevo marco general para entender los resultados de la selección e integración de estímulos dependiendo de un contexto.

Estos resultados permiten abrir nuevos horizontes para la investigación de la corteza prefrontal, área importante  del cerebro relacionada con los procesos cognitivos superiores.

  

Entrelazamiento cuántico de movimiento mecánico con campos electromagnéticos de microondas

Semana -1346 - 2 OndasUno de los principales objetos de estudio, durante el desarrollo de la mecánica cuántica, ha sido el estado de entrelazamiento, tanto por los problemas de comprensión que presenta como por sus potencialidades como recurso para el procesamiento de información. Cuando dos sistemas físicos comparten la propiedad cuántica de entrelazamiento, las mediciones de un sistema parecen determinar el estado del otro. Esta propiedad es actualmente utilizada en sistemas ópticos, atómicos y eléctricos con el fin de sobrepasar lo límites físicos que la mecánica clásica impone.

Esta semana, un equipo de investigadores de la Universidad de Colorado, encabezado por T. A. Palomaki, reporta la generación y verificación del entrelazamiento cuántico de un dispositivo mecánico (un oscilador) con un campo electromagnético de microondas, así como el almacenaje de la mitad del entrelazamiento en el oscilador.

En el proceso de entrelazamiento, una mitad del par emerge como un pulso de microondas en una línea de transmisión, mientras que la otra mitad es almacenada en el oscilador mecánico. El estado del oscilador puede ser transferido bajo demanda a un segundo pulso de microondas.

Por medio de la medición de sus campos, se demuestra que los dos pulsos de microondas están entrelazados y que se encuentran lo suficientemente correlacionados para permanecer en un estado inseparable. Debido a que el segundo pulso codifica el estado del oscilador mecánico que fue creado durante el proceso de entrelazamiento, el primer pulso de microondas queda consecuentemente entrelazado con el dispositivo mecánico.

A diferencia de otros métodos para generar entrelazamiento variable continuo con campos de microondas, la mitad del par de entrelazamiento presentado se almacena en una memoria y puede entonces ser recuperada bajo demanda. El hecho de que la mitad del estado de entrelazamiento esté guardada en el oscilador mecánico, evidencia el potencial de estos osciladores para funcionar como memorias cuánticas para señales de microondas. Los investigadores señalan que sus mediciones demuestran que los osciladores mecánicos posibilitan aplicaciones cuánticas, no solamente para el almacenaje de información, sino para la generación de estados de entrelazamiento mecánicamente útiles. Además de su uso en el procesamiento de información cuántica y en mediciones precisas de fuerza, estos estados entrelazados de movimiento mecánico han sido considerados como un medio para probar la teoría cuántica.

Lo que ha conseguido este equipo se une a una serie de experimentos que han probado y demostrado las implicaciones de la teoría cuántica en sistemas de osciladores micrométricos sincronizados con campos de microondas y campos ópticos.


Con información de artículos publicados en Nature 7474 del 7 de noviembre de 2013 y Science 6159 del 8 de noviembre de 2013.

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