Un equipo de investigación internacional dirigido por los investigadores de la Universidad de Amsterdam, Jeroen Bos, Martin Vinck y Cyriel Pennartz, ha identificado un nuevo tipo de neurona que podría desempeñar un papel vital en la capacidad de los seres humanos para navegar por sus entornos.
Crédito: Rice University
El descubrimiento es un paso importante hacia la comprensión de cómo el cerebro codifica el comportamiento de navegación a escalas más grandes y potencialmente podría abrir nuevas estrategias de tratamiento para las personas con una orientación topográfica deteriorada como los pacientes de Alzheimer. Los resultados del equipo se publican en la última edición de Nature Communications.
Cada día miles de millones de personas en todo el planeta navegan con éxito sus entornos, por ejemplo cuando van a trabajar o se dirigen a casa. Estos viajes generalmente ocurren con poco esfuerzo consciente y descanso en la capacidad del cerebro para utilizar el conocimiento general de un ambiente para hacer estimaciones de donde se encuentra. La capacidad de realizar evaluaciones finas y granuladas de localización está asentada en el hipocampo, una estructura en forma de Caballito de mar situada en el lóbulo temporal. La investigación muestra que el mecanismo preciso para la navegación incluye las células del lugar del hipocampo, que aumentan o disminuyen la actividad eléctrica dependiendo de la ubicación de uno. Sin embargo, al hacer su viaje diario, la gente no necesita representaciones muy detalladas de qué casas pasan en qué orden. En su lugar, lo pueden hacer debido a más información del curso. Izquierda en el Museo y en algún lugar por la carretera a la derecha de nuevo en el supermercado, llamado orientación topográfica.
Basándose en la investigación actual, los investigadores investigaron cómo se codifica el conocimiento de navegación a gran escala dentro del cerebro y si este proceso efectivamente ocurre en diferentes estructuras dentro del lóbulo temporal. Lo hicieron mediante el entrenamiento de ratas para realizar una tarea visualmente guiada en un laberinto Figura-8 que consta de dos bucles que se solapan en el carril medio. Durante el experimento, los investigadores midieron la actividad eléctrica en el cerebro mediante el uso de un novedoso instrumento que permitía a los investigadores registrar simultáneamente grupos de neuronas de cuatro áreas diferentes. Registraron de la corteza perirhinal, del hipocampo y de dos áreas sensoriales. Las grabaciones de la corteza perirhinal revelaron patrones sostenidos de la actividad. El nivel de actividad eléctrica se elevó y cayó claramente dependiendo del segmento en que las ratas se encontraban y persistieron a lo largo de todo el segmento.
"Encontramos una diferencia pronunciada entre las respuestas en la corteza perirhinal y las respuestas en otras áreas del cerebro", dice Jeroen Bos, autor principal e investigador en el UvA's Swammerdam Institute for Life Sciences. Las unidades de la corteza perirhinal habían sostenido respuestas a través de todo el bucle. Por el contrario, las respuestas de las células del lugar del hipocampo fueron esparcidas a través del laberinto y sus campos eran mucho más pequeños que los lazos del laberinto. Nos sorprendió ver las respuestas de la corteza perirhinal alinearse tan estrechamente con la disposición del laberinto, principalmente porque la región está comúnmente asociada con el reconocimiento de objetos. Este parece ser un nuevo tipo de neurona, que hemos llamado informalmente la "célula vecinal". Esta neurona parece permitir al cerebro diferenciar específicamente entre segmentos distintos ("vecindarios") del medio ambiente.
Los resultados del equipo ofrecen una primera visión de cómo el cerebro es capaz de codificar el comportamiento de la navegación a grandes escalas y podría ser especialmente relevante para las personas con una capacidad deteriorada para la orientación topográfica. La gran escala de codificación perirhinal contrasta con la escala más fina de codificación del hipocampo. "Se sabe que los pacientes con enfermedad de Alzheimer o con daño al lóbulo temporal tienen gran dificultad para encontrar su camino, especialmente a las ubicaciones de los objetivos remotos", dice el compañero investigador y profesor de sistemas cognitivos y neurociencia Cyriel Pennartz. 'Aunque sea nuevo, nuestros hallazgos no entran en conflicto con la literatura anterior sobre este fenómeno, por ejemplo, como el taxista de Londres de largo tiempo que sufrió daños en el hipocampo. Aunque el conductor todavía podía navegar a través de la ciudad, él seguía siendo altamente dependiente en las carreteras principales y se perdería con frecuencia al usar las calles laterales. Podría ser que él estaba utilizando la corteza perirhinal para la orientación global pero ya no podía hacer uso de los campos de grano fino de los lugares que normalmente se encuentran en el hipocampo.
Además de ofrecer nuevas perspectivas en los mecanismos del cerebro para la navegación espacial a diferentes escalas, los resultados pueden guiar a los pacientes con Alzheimer u otras enfermedades en el uso de otras estrategias espaciales que las más gravemente afectadas. Los resultados señalan a la corteza perirhinal como blanco para el tratamiento. Finalmente, la investigación sobre dispositivos de reemplazo neural y robots asistivos puede beneficiarse de este estudio.