¿Cómo nos dicen las células cerebrales hacia dónde vamos?
¿Cómo encuentran los humanos y otros animales su camino del punto A al punto B? No hay una respuesta fácil a esta pregunta aparentemente simple. Pero después de décadas de extensa investigación, está comenzando a surgir una imagen de cómo el cerebro codifica el espacio y nos permite navegar por él. Anteriormente, los neurocientíficos descubrieron que los cerebros de los mamíferos contienen al menos tres tipos distintos de células que cooperan para codificar las representaciones neuronales de la posición y el movimiento del animal.
Pero el panorama se vuelve más complicado. Una nueva investigación ahora apunta a la existencia de otros dos tipos de células cerebrales involucradas en la navegación espacial y sugiere mecanismos neuronales previamente no reconocidos que subyacen a la forma en que los mamíferos exploran su mundo.
Estudios anteriores en roedores que se mueven libremente mostraron que las neuronas llamadas células de lugar se disparan cuando el animal está en un lugar específico. Otro tipo, las células de rejilla, se activaban periódicamente a medida que el animal se movía. Finalmente, las celdas de dirección de la cabeza se disparan cuando el ratón o la rata se mueve en una dirección particular. Ubicadas dentro y alrededor de una estructura cerebral profunda llamada hipocampo, estas células parecen codificar la ubicación actual del animal en su entorno al rastrear la distancia y la dirección del movimiento del animal.
Este proceso está bien para simplemente moverse, pero no explica exactamente cómo llega un viajero a un destino en particular. La pregunta de cómo codifica el cerebro el final del viaje sigue sin respuesta. Para estudiar esto, Ayelet Sarel del Instituto de Ciencias Weissmann en Israel y sus colegas entrenaron a tres murciélagos de la fruta egipcios para que volaran en caminos complejos antes de aterrizar en lugares específicos donde pudieran alimentarse y descansar. Los investigadores registraron la actividad de un total de 309 neuronas del hipocampo utilizando una matriz de electrodos inalámbricos. Alrededor de un tercio de estas neuronas exhibieron características de células de lugar, y cada neurona se disparó solo cuando el murciélago estaba en un área específica de la gran cámara de vuelo. Pero los investigadores también encontraron 58 células que solo se disparan cuando el murciélago vuela directamente al lugar de aterrizaje.
«Descubrimos una clase completamente nueva de neuronas que llamamos ‘células de dirección de objetivos'», dijo Nachum Ulanovsky, autor principal del estudio, que se publicó esta semana en la revista Science. Los hallazgos, agregó, «llenan un vacío crítico en nuestra comprensión de la base neuronal de la navegación» al explicar cómo el cerebro codifica los objetivos de navegación.
Al final resultó que, la nueva batería siguió disparando cuando una cortina bloqueó el lugar de aterrizaje de la vista del murciélago. «El murciélago sabe dónde está el objetivo, pero no puede ecolocalizar ni ver el objetivo detrás de escena, pero las neuronas de dirección del objetivo aún representan el objetivo oculto. Esto significa que la representación del objetivo en el hipocampo del murciélago no es solo sensorial sino también de memoria. -basado.”
Hugo Spires, un neurocientífico del University College London que estudia la base celular de la navegación espacial, dice que los hallazgos son «muy importantes», pero no cree que las neuronas de dirección de meta sean un nuevo tipo de célula. «Para mí, los resultados sugieren que las células de lugar son capaces de procesar una mayor variedad de información de lo que se pensaba anteriormente», dijo.
Aún así, los nuevos hallazgos se hacen eco de los de un estudio de escáner cerebral publicado por Spires y sus colegas en 2022. El estudio muestra que el hipocampo humano contiene un sistema de guía flexible que codifica la distancia a un objetivo en línea recta, similar a una señal de búsqueda, y la ruta real que debe tomar para alcanzarlo. «Fue totalmente inesperado», dijo Spires. “Pero este documento ahora lo valida a nivel celular.” El hallazgo también podría explicar por qué los ratones con hipocampos dañados tienen problemas para recordar la ubicación de la plataforma submarina en el laberinto de agua. En otra serie de experimentos, Sarel y sus colegas identificaron otro subconjunto de neuronas del hipocampo que parecen calcular y codificar la distancia a los objetos. Estas celdas de «distancia objetivo» se volvieron altamente activas solo cuando el murciélago estaba a 2 metros del lugar de aterrizaje.
En otro estudio recién publicado en la revista Nature Neuroscience, Jacob Olson de la Universidad de California en San Diego y sus colegas registraron la actividad neuronal en el hipocampo de ratas mientras los animales se movían a lo largo de 6 rutas interconectadas que se asemejaban a una cuadrícula urbana para correr o buscar alimento. para el espacio al aire libre.
Los científicos descubrieron que la actividad de 47 de las 542 células que registraron estaba fuertemente sintonizada con un eje de desplazamiento específico, disparando solo cuando el ratón se movía en cualquier dirección a lo largo de un eje. Por ejemplo, algunas de estas neuronas se activaron selectivamente cuando los ratones se movían de norte a sur, y cuando se movían de sur a norte, pero no cuando corrían en cualquier dirección a lo largo del eje este-oeste. Otros se activaron en respuesta al movimiento a lo largo de otras rutas de viaje, pero nuevamente, solo en direcciones separadas por 180 grados.
Olson y sus colegas creen que estas neuronas «sintonizadas con el eje» se diferencian de las células de dirección de la cabeza porque solo se activan cuando el ratón se mueve a lo largo de un camino específico, mientras que se activan cuando el ratón se alimenta en un campo abierto. Por el contrario, las celdas de dirección de la cabeza se activan cuando un mouse se mueve a través de un espacio abierto en una dirección específica. Pero otro artículo reciente proporcionó evidencia de que las células de orientación de la cabeza pueden codificar la orientación opuesta, por lo que las neuronas de ajuste del eje podrían ser células de orientación de la cabeza después de todo, aunque estuvieran realizando una función previamente desconocida.
Todo esto hace que el «GPS del cerebro» sea más complejo de lo que se pensaba. La nueva investigación de Olson sugiere que el hipocampo representa la orientación mediante la codificación de ejes de viaje, y que estas representaciones mentales pueden permitirnos mantenernos en el camino cuando tenemos que sortear obstáculos como barricadas. Los estudios de murciélagos han demostrado además que el hipocampo no solo codifica la ubicación mediante el seguimiento de la distancia y el movimiento direccional, sino que también codifica representaciones de dirección y distancia a los destinos. El sistema de navegación del cerebro, por lo tanto, tiene una «señal de búsqueda» y parece tener sus propias neuronas que buscan objetivos.
