Un GPS en el cerebro
La navegación por el espacio se basa en la activación secuencial de neuronas del hipocampo
Cerebro de alambre. / Getty
Nuestra posición en el espacio (en el salón de casa, por ejemplo, o en una pista de tenis) está representada en una especie de mapa interior en el hipocampo cerebral, formado por grupos de neuronas llamadas células de lugar. Los neurocientíficos Brad Pfeiffer y David Foster, de la facultad de Medicina de la Universidad Johns Hopkins, en Baltimore, revelan ahora usando ratas de laboratorio que el plan de seguir cierto trayecto (del baño a la cocina, digamos, o de casa al trabajo) consiste en la activación secuencial de las células de lugar que representan el trayecto en ese mapa interior. Como las notas de una melodía, solo que en el espacio.
El hipocampo es una estructura situada en el centro del cerebro, y debe el nombre a su vago parecido con un caballito de mar (hipocampo en latín). Tiene un papel esencial en la formación de memorias, y también en su recolección de la base de datos, aunque por mecanismos que todavía no se comprenden en profundidad. Pfeiffer y Foster presentan su trabajo en el artículo principal de la revista Nature.
La teoría de que el cerebro de los mamíferos contiene un mapa interior que representa la posición del individuo en el espacio es cualquier cosa menos nueva: fue propuesta en los años cuarenta por el psicólogo Edgard Tolman, de la Universidad de California en Berkeley. Tampoco es nueva la hipótesis de que ese mapa está relacionado con el hipocampo cerebral, que ya fue avanzada en los años setenta.
Pero el trabajo de los dos neurocientíficos de Baltimore va mucho más allá de esas intuiciones pioneras. Su diseño experimental, usando ratas como un sistema modelo del hipocampo humano, les ha permitido por primera vez registrar la actividad de 250 células de lugar simultáneamente y de forma continua –con una resolución temporal cercana a los 20 milisegundos— mientras la rata está resolviendo problemas equiparables a los de un taxista, como decidir la mejor forma de volver a casa tras haber estado explorando su laberíntico entorno en busca de comida.
Las ratas y los humanos usamos el mismo tipo de navegador para esto, pero las técnicas para obtener imágenes del cerebro humano en funcionamiento, como la resonancia magnética, están muy lejos de la precisión requerida para un estudio de esta clase. Solo la implantación de paneles de electrodos puede recabar toda esa información de las neuronas individuales que están haciendo el trabajo en ese momento.
Los investigadores han podido averiguar así que, justo cuando la rata está decidiendo qué camino tomar para volver a casa, las neuronas de lugar del hipocampo se disparan en una secuencia que representa los puntos sucesivos de la trayectoria que después –en efecto— seguirá.
No se trata de una trayectoria recordada, porque lo anterior es verdad incluso cuando el animal no ha tomado nunca ese camino. Se trata de una verdadera hoja de ruta, análoga a la que el GPS del coche ofrece al conductor atribulado: vaya hasta aquella glorieta, luego tome hacia la izquierda y demás. Una verdadera simulación mental de lo que ocurrirá después.
El hipocampo no está solo implicado en los mapas espaciales, sino también en otros tipos de memoria. ¿Es posible, entonces, que las secuencias de activación neuronal que han descubierto Pfeiffer y Foster funcionen también cuando recordamos una melodía o pronunciamos una frase?
“Es muy posible”, responde Foster a EL PAÍS. “Otros investigadores como Howard Eichenbaum, de la Universidad de Boston, han mostrado que las células de lugar no solo responden a la posición en el espacio, sino también en otras situaciones. De modo que el hipocampo puede ofrecer un juego de neuronas de uso general capaces de responder de distintas formas a diferentes situaciones”.
“Nuestro trabajo muestra que estas células se activan en secuencias”, prosigue el neurocientífico de Baltimore, “lo que puede reflejar una especie de proceso de resolución de problemas, y también un proceso de memoria, en el que pueden basarse otras habilidades cognitivas además de la navegación espacial; hay trabajos, de hecho, que implican al hipocampo humano en el lenguaje”.
La próxima vez que salga de casa, no olvide su GPS cerebral.
La teoría de que el cerebro de los mamíferos contiene un mapa interior que representa la posición del individuo en el espacio es cualquier cosa menos nueva: fue propuesta en los años cuarenta por el psicólogo Edgard Tolman, de la Universidad de California en Berkeley. Tampoco es nueva la hipótesis de que ese mapa está relacionado con el hipocampo cerebral, que ya fue avanzada en los años setenta.
Pero el trabajo de los dos neurocientíficos de Baltimore va mucho más allá de esas intuiciones pioneras. Su diseño experimental, usando ratas como un sistema modelo del hipocampo humano, les ha permitido por primera vez registrar la actividad de 250 células de lugar simultáneamente y de forma continua –con una resolución temporal cercana a los 20 milisegundos— mientras la rata está resolviendo problemas equiparables a los de un taxista, como decidir la mejor forma de volver a casa tras haber estado explorando su laberíntico entorno en busca de comida.
Las ratas y los humanos usamos el mismo tipo de navegador para esto, pero las técnicas para obtener imágenes del cerebro humano en funcionamiento, como la resonancia magnética, están muy lejos de la precisión requerida para un estudio de esta clase. Solo la implantación de paneles de electrodos puede recabar toda esa información de las neuronas individuales que están haciendo el trabajo en ese momento.
Los investigadores han podido averiguar así que, justo cuando la rata está decidiendo qué camino tomar para volver a casa, las neuronas de lugar del hipocampo se disparan en una secuencia que representa los puntos sucesivos de la trayectoria que después –en efecto— seguirá.
No se trata de una trayectoria recordada, porque lo anterior es verdad incluso cuando el animal no ha tomado nunca ese camino. Se trata de una verdadera hoja de ruta, análoga a la que el GPS del coche ofrece al conductor atribulado: vaya hasta aquella glorieta, luego tome hacia la izquierda y demás. Una verdadera simulación mental de lo que ocurrirá después.
El hipocampo no está solo implicado en los mapas espaciales, sino también en otros tipos de memoria. ¿Es posible, entonces, que las secuencias de activación neuronal que han descubierto Pfeiffer y Foster funcionen también cuando recordamos una melodía o pronunciamos una frase?
“Es muy posible”, responde Foster a EL PAÍS. “Otros investigadores como Howard Eichenbaum, de la Universidad de Boston, han mostrado que las células de lugar no solo responden a la posición en el espacio, sino también en otras situaciones. De modo que el hipocampo puede ofrecer un juego de neuronas de uso general capaces de responder de distintas formas a diferentes situaciones”.
“Nuestro trabajo muestra que estas células se activan en secuencias”, prosigue el neurocientífico de Baltimore, “lo que puede reflejar una especie de proceso de resolución de problemas, y también un proceso de memoria, en el que pueden basarse otras habilidades cognitivas además de la navegación espacial; hay trabajos, de hecho, que implican al hipocampo humano en el lenguaje”.
La próxima vez que salga de casa, no olvide su GPS cerebral.
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