sábado, 5 de mayo de 2018

Cómo se ha descubierto el GPS del cerebro





A veces es difícil recordar que alguna vez sabíamos encontrar nuestro camino sin GPS. Pero lo hicimos Y aún lo hacemos. Cada vez que exploramos una ciudad nueva, caminamos en la oscuridad o recorremos un sendero, dependemos de una red de neuronas especializadas en lo más profundo de nuestro cerebro para generar y mantener un mapa cognitivo de nuestro mundo. 

 


Un sentido del espacio que ocupamos


En 1971, John O'Keefe, en ese momento en la Universidad McGill y ahora en el University College de Londres, descubrió el primer componente del GPS del cerebro en el hipocampo de la rata, un área del cerebro crítica para la memoria. O'Keefe registró la actividad de las neuronas individuales cuando los animales vagaban libremente en su recinto. Descubrió que ciertas neuronas sólo se activaban cuando un animal se movía a través de un punto particular del recinto. Nombrando a estas neuronas como "neuronas espaciales", postuló que el hipocampo albergaba el mapa espacial interno del cerebro, donde las neuronas espaciales representan tanto la ubicación actual de un animal, como aquellas ubicaciones visitadas en el pasado.

El descubrimiento de las neuronas espaciales cambió fundamentalmente nuestro conocimiento del hipocampo que pasaba, de ser una estructura dedicada exclusivamente a los recuerdos declarativos, a una que también es crítica para navegar en el espacio.


Posición en el espacio


La actividad de la neurona espacial por sí sola no podría explicar la capacidad de la rata para aprender a circular por su entorno. Los colaboradores de O'Keefe, Edvard Moser y May-Britt Moser del Instituto Kavli de Neurociencia de Sistemas en la Universidad Noruega de Ciencia y Tecnología, exploraron este problema después de descubrir que las neuronas espaciales funcionaban incluso después de que se dañara parcialmente el circuito neural del hipocampo. Al razonar que la señal espacial surge en otra parte, los investigadores también estudiaron ratas que se movían libremente, analizando la actividad de  neuronas individuales de una región del cerebro con conexiones directas al hipocampo: la corteza entorrinal.

Resultado de imagen de tablero ajedrez chino
Tablero chino de ajedrez
Al igual que las neuronas espaciales de lugar existentes en el hipocampo, algunas de las neuronas analizadas se activaban en ciertos lugares y luego se mantenían en  silencio. Pero a diferencia de las neuronas espaciales de lugar, las neuronas de la corteza entorrinal solo se silenciaban momentáneamente y luego volvían a activarse. Hasta que el equipo aumentó el tamaño del recinto no quedó claro que las neuronas se activaban a intervalos precisos y repetitivos. La actividad de cada neurona individual formaba una cuadrícula hecha de triángulos regularmente espaciados, muy parecidos a un tablero de ajedrez chino. Descubiertas en 2005, las "neuronas espaciales de posición" también se han encontrado en ratones, murciélagos, monos y humanos.

 "Esta neurona sabe exactamente dónde estar activa y dónde permanecer en silencio", según May-Britt Moser, señalando que parecían crear un conjunto de puntos de referencia muy estables para navegar en entornos específicos. Y, debido a que las neuronas espaciales de posición del entorrino sirven como activadores a las neuronas espaciales de lugar del hipocampo, el equipo de Moser especuló que las neuronas espaciales de posición son las que deciden sobre las distancias en el entorno. John O'Keefe, Edvard Moser y May-Britt Moser ganaronel Premio Nobel en 2014 por sus descubrimientos de las neuronas espaciales delugar del hipocampo y las neuronas espaciales de posición del entorrino.





La brújula y el velocímetro del cerebro


Si bien las neuronas espaciales de lugar  del hipocampo y las neuronas espaciales de posición  entorrinales  son vitales para crear un mapa interno, ese mapa necesita la información que todos los sistemas de GPS necesitan para ayudarnos realmente a navegar: la dirección en la que nos movemos y la rapidez con la que lo hacemos.

En 1984, James Ranck del SUNY Downstate Medical Center describió las primeras "neuronas de orientación", encontradas fuera del hipocampo y de la corteza entorrinal que se activan en respuesta a la dirección que aborda una rata. En 2006, el equipo de Moser encontró "neuronas de orientación" en la corteza entorrinal, donde podían interactuar con las neuronas de posición. Luego, el grupo identificó un conjunto de células en la misma área del cerebro que discernía los bordes de un entorno, y que denominaron "neuronas de borde".

Encontrar neuronas para discernir la velocidad de un animal requirió mas  creatividad: el equipo de Moser construyó un mini auto sin fondo "Flintstone" en una pista. Las ratas corrían hacia un trozo de chocolate a una velocidad establecida por los investigadores. Encontraron neuronas en y alrededor de la corteza entorrinal que se activaban más rápido cuando la rata corría más rápido y disminuían su activación a medida que el animal reducía su velocidad. La forma en que estas "neuronas de velocidad" se activaron en concierto con la velocidad del animal fue tan consistente, que los investigadores pudieron determinar la velocidad del animal con solo mirar los registros de actividad de aproximadamente media docena de neuronas de velocidad del animal.


Una hoja de ruta en nuestras cabezas


Los investigadores continúan descubriendo ideas perspicaces sobre el GPS del cerebro. Por ejemplo, en el laboratorio de Moser criaron ratas en un recinto esférico que carecía de bordes definidos y, por lo tanto, las neuronas de borde carecían de actividad. Debido a que las neuronas de posición  se desarrollan más tarde que las neuronas de lugar y borde, no funcionan correctamente si las crías de rata no aprenden sobre el entorno durante los primeros 14 días después de abrir los ojos por primera vez. Estas ratas, por tanto, pierden una parte crítica de su repertorio de navegación.

La comprensión del circuito de navegación está iluminando algunos de los problemas más difíciles de la neurociencia. La habilidad del mapa interno del cerebro para adaptarse proporciona mecanismos por los cuales podemos consolidar nuestros recuerdos. Y, debido a que la corteza entorrinal se daña temprano en el curso de la enfermedad de Alzheimer, su función crítica en la navegación no solo proporciona una idea de por qué el perderse es uno de los primeros síntomas del Alzheimer, sino que también  ofrece nuevas vías para explorar y potencialmente mejorar la enfermedad.

"Esta es una historia increíble". Y una que promete continuar capturando la imaginación científica.