agosto 02, 2015

Descubrimiento del GPS Interno del Cerebro




Las neuronas se activan en función de la posición en el espacio

Saber dónde encontrarse es una conducta fundamental. Tanto la ardilla que se aventura a explorar más allá de la madriguera para encontrar comida, como el agente comercial que tiene que visitar distintas compañías en una misma mañana, todos necesitan aprender, retener y recuperar información espacial. Puede que el desarrollo tecnológico haya permitido restar importancia al hecho de saber orientarse o a la facilidad de poder llegar desde un sitio a otro. Lógicamente, es más cómodo teclear una dirección en el smartphone y dejarse conducir al destino por el camino más rápido. Pero es importante plantearse cómo ser capaces de saber cuál es la posición en el espacio.

Mapa cognitivo

A mediados del siglo pasado el psicólogo estadounidense Edward Tolman predijo que en algún lugar de nuestro cerebro tenía que existir una representación del mundo exterior, a la que llamó mapa cognitivo. Este investigador había estudiado el comportamiento espacial de las ratas en laberintos, tratando de demostrar que estos animales eran capaces de aprender hechos acerca de su entorno, y usarlos de forma flexible en su beneficio.


Durante 30 años, este concepto de mapa cognitivo alimentó un intenso debate. En aquella época, muchos investigadores pensaban que el aprendizaje espacial se producía única y exclusivamente encadenando estímulos y respuestas. Un ejemplo de ello es cuando queremos llegar a un sitio determinado y sabemos que, para llegar allí, tenemos que pasar primero por esa cafetería con un gran cartel de color verde (estímulo) y entonces girar a la derecha (respuesta). El planteamiento de Tolman rompía con esta concepción, y contemplaba la posibilidad de otras formas de aprender información espacial. Sin embargo, fue criticado por no desarrollar más la idea. ¿Cuáles eran las propiedades de estos mapas cognitivos? ¿Cómo se construyen?


Células de lugar

En el cerebro existen muchos tipos de neuronas, que se activan de forma diferente en cada una de las diferentes tareas que realizamos a lo largo del día; por ejemplo, algunas se activan sólo cuando estamos mirando algo, como las de la parte posterior, en la corteza occipital; otras, como las neuronas de la corteza somato-sensorial, se activan cuando vamos a realizar algún movimiento.

Las células de lugar son neuronas que están en el hipocampo, una parte del cerebro relacionada principalmente con tareas de memoria y orientación.

En 1971 el investigador John O’Keefe demostró su existencia en el hipocampo de los roedores, que es el modelo animal donde han sido mejor estudiadas, pero es muy probable que estén en todos los animales con hipocampo, incluido el hombre. Llevó a cabo una serie de sencillos experimentos en los que registró la actividad de las células del hipocampo en ratas mientras éstas se movían libremente.

La peculiaridad de las células de lugar, lo que las hace interesantes, es que sólo se activan cuando el animal está en un lugar concreto: es decir, una célula de lugar dispara rápidamente, por ejemplo, solamente cuando el roedor se acerca al comedero de la jaula, o a la zona donde duerme habitualmente.

O'Keefe concluyó que el hipocampo genera numerosos mapas, a partir de la actividad colectiva de las células de lugar que se activan en diferentes ambientes.

Lo que el neurocientífico descubrió es que existen células con la capacidad de activarse solamente cuando nos encontramos en un lugar determinado. De una forma muy resumida se puede decir que, cuando estamos en el salón de casa, hay neuronas que se activan exclusivamente cuando estamos en la puerta, mientras que otras lo hacen cuando estamos en el sofá.

Además, si se cambia de contexto, en cuestión de minutos se forma un nuevo mapa con la representación del nuevo entorno. Es así como nuestro cerebro consigue almacenar en la memoria un entorno determinado: como una combinación específica de células de lugar en el hipocampo.

Estos experimentos abrieron todo un campo de investigación que ha supuesto un gran avance en la comprensión de cómo el cerebro es capaz de procesar la información espacial, y de cómo eso se traduce en nuestro comportamiento.


GPS cerebral

Los investigadores noruegos, May-Britt y Edvard Moser, publicaron un artículo en la revista Science en 2005, en el que presentaron algunos resultados para ayudar a entender un poco mejor este sistema que muchos han denominado el “GPS del cerebro”.

En estos experimentos los Moser registraron la actividad de una zona próxima al hipocampo, la corteza entorrinal.

La información sobre la ubicación del cuerpo y el espacio se integra a nivel del hipocampo y la corteza entorrinal, dos estructuras ubicadas en los lóbulos temporales y donde se encuentran estas neuronas. El hipocampo es una zona funcionalmente asociada con la generación de la memoria y los recuerdos, mientras que la corteza entorrinal funciona como puente de información entre el hipocampo y la corteza cerebral.

Al hipocampo llega información de todas las áreas de procesamiento y de los sentidos, y sale información ya procesada hacia otras partes del cerebro, pero la puerta de entrada y salida de datos de este complejo es la corteza entorrinal.

Células de red

Los investigadores constataron que en la corteza entorrinal también hay células que se activan en función de la posición en el espacio. Sin embargo, estas células se comportan de una forma un poco distinta. Al contrario de las células de lugar, que se activan única y exclusivamente ante una posición, las células de la corteza entorrinal se activan en distintos lugares, formando un curioso patrón. Si se dibujara un punto cada vez que una de estas células se activa, se podría ver cómo los puntos forman una rejilla. Es en alusión a este fenómeno que se las llamó células de rejilla.

Demostraron la existencia en la corteza entorrinal de un nuevo tipo de neuronas, las neuronas de red, también relacionadas con la orientación espacial, y que realizan una función complementaria a las anteriores: disparan en puntos equidistantes del espacio, formando algo parecido a un sistema de balizas que sirve de soporte al mapa del espacio que rodea al animal.

Se podría pensar que el sistema de las células de lugar del hipocampo es más preciso, porque cada célula se activa únicamente en un punto determinado del espacio. Pero para entender cómo funciona el sistema de células de rejilla sólo hay que imaginar que cada punto es una antena de telefonía. De la misma forma en la que se triangula la posición del smartphone gracias a la información que reciben las tres antenas más cercanas, las células de rejilla son capaces de establecer un mapa de coordenadas muy preciso que, además, es independiente del contexto.

Se podría decir que la combinación de las neuronas de lugar (mapa cognitivo) y de red (sistema de coordenadas) permiten al animal formar un mapa espacial del entorno: son como el GPS cerebral.

Durante muchos años, la existencia misma de las células de lugar ha estado cuestionada, así como su papel en el funcionamiento del hipocampo. En los últimos años las investigaciones han ido aclarando definitivamente su papel, y ya nadie pone en duda que son un elemento básico en la fisiología del hipocampo, tanto de roedores como de animales superiores y del hombre.

Gracias a las nuevas técnicas de imagen cerebral y también al estudiar pacientes que necesitaban cirugía en el encéfalo se ha demostrado que nuestro cerebro también tiene esas células de lugar y de red que le permite relacionarse y moverse a través de un espacio físico y que componen el GPS interno.

Se sabe que la corteza entorrinal y el hipocampo son las estructuras del cerebro que más precozmente se afectan en la enfermedad de Alzheimer. Algunos de los primeros síntomas de esta enfermedad son los trastornos de orientación: los pacientes se pierden con frecuencia en espacios complejos, y a medida que progresa la enfermedad incluso en lugares muy conocidos.

El estudio de estas redes cerebrales puede ayudar ahora a explicar cómo esta enfermedad causa una devastadora pérdida de memoria. Sin duda los avances en la comprensión de los mecanismos básicos del hipocampo y sus células de lugar, junto con las progresivas mejoras en el tratamiento de la enfermedad de Alzheimer, llevarán algún día a poder ampliar el abanico de posibilidades terapéuticas que ofrecer a estos pacientes.

May-Britt y Edvard Moser  John O'Keefe

Premio Nobel. El hallazgo de cómo funciona el GPS interno del cerebro, ha recibido el mayor reconocimiento del Instituto Karolinska noruego, el Premio Nobel de medicina en 2014, repartido entre el neurocientífico angloamericano John O'Keefe  director del Centro Sainsbury de Circuitos Neuronales del University College de Londres  y los psicólogos y neurocientíficos noruegos, May-Britt Moser y Edvard Moser  directores del Instituto de Neurociencias Kavli, en Noruega.

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