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.
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.
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| 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.
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.
Basado en: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/29590044
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