'Barrier-cells', nuevo tipo de neurona responsable de la orientación espacial

Investigadores españoles han identificado un nuevo tipo de neurona, las barrier-cells, responsables de integrar la información sobre la geografía de nuestro entorno, según un trabajo que publica Neuroscience.

Enrique Mezquita. Valencia | 18/01/2017 12:05

Jorge Brotons, del Instituto de Neurociencias -centro mixto de la Universidad Miguel Hernández (UMH) de Elche y el Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC). (Enrique Mezquita)

Investigadores del Instituto de Neurociencias -centro mixto de la Universidad Miguel Hernández (UMH) de Elche y el Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC)-, han identificado un nuevo tipo de neurona, las barrier-cells, responsables de integrar la información sobre la geografía de nuestro entorno. El trabajo, publicado en Neuroscience, ayuda a entender el circuito implicado en la codificación del espacio.

Posibles deterioros
Según ha explicado a DM Jorge Brotons, investigador del Instituto de Neurociencias, "las place cells son un correlato muy fiable de cómo la información espacial y las memorias son generadas. Por lo tanto, su estudio nos sirve para evaluar los posibles deterioros que sufren pacientes de Alzheimer, epilepsia o esquizofrenia", señalando que "es un trabajo de investigación básica en el que intentamos entender el funcionamiento fisiológico del cerebro, pero es un paso previo para poder a posteriori testar la eficacia de un fármaco en estas enfermedades".

Los investigadores registraron la actividad neuronal de ratas mientras exploraban un campo abierto en busca de comida y, de este modo, pudieron establecer la relación entre la actividad de las neuronas y la posición ocupada. Posteriormente, establecieron barreras en el campo de exploración de las ratas y pudieron observar un tipo de neuronas que presentaban una actividad muy elevada al visitar zonas cercanas a una de las barreras. "Lo primero que hicimos fue trabajar la conducta de los animales, habituarlos al experimentador y al entorno. Sin duda, el bienestar durante todo el proceso es fundamental para poder llevar cualquier experimento". Posteriormente, se utilizaron unos electrodos profundos "con los que registramos la actividad eléctrica del hipocampo. A partir de aquí, realizamos un complejo análisis de la señal que nos permite aislar la actividad de neuronas individuales. Después construimos mapas de actividad que nos ayudan a encontrar en que zonas del espacio una neurona era más activa de un modo significativo. A posteriori, estudiamos la actividad de cada una de estas neuronas en las diferentes condiciones experimentales para intentar determinar que tipo de respuesta generan".

Resultados
Los pocos trabajos sobre el subiculum habían podido caracterizar que las neuronas de éste generaban campos receptivos que seguían los límites del entorno, siendo activas a una distancia especifica de estos límites y manteniendo una orientación en el espacio. "Nosotros encontramos neuronas que se comportaban de este modo, pero también observamos que un buen número de neuronas eran muy plásticas con respecto a sus preferencias para codificar los diferentes límites del espacio, por ejemplo, cambiando su actividad de norte a sur o dejando de disparar entorno a las barreras. Esto era bastante inesperado. Si bien estas neuronas compartían la preferencia por las barreras para generar su disparo esto podía cambiar en las diferentes condiciones experimentales", ha comentado.

Subgrupo neuronal
La hipótesis es que si bien hay un grupo de neuronas en el subiculum que codifican por la geometría del espacio en todas las situaciones, hay otro grupo de neuronas que son capaces de actualizar su codificación del espacio de un modo muy flexible. "Esto aumentaría la versatilidad del sistema para procesar información del espacio y del contexto e implicaría probablemente la interacción con otros sistemas como son las células de dirección u otra información como la distancia recorrida o la velocidad del movimiento. En este momento, es fundamental que trabajemos en la caracterización de estas neuronas para entender que aspectos comparten con las boundary vector cells, determinar si son un subgrupo de estas, si efectivamente son una población totalmente diferente, si participan en circuitos funcionales diferentes o cuál es su rol en la generación de memorias o la resolución de tareas espaciales", ha apuntado.

Además, vieron que, a diferencia de las border o boundary vector cells, la zona de actividad preferida de estas barrier-cells se modifica con la adaptación a las diferentes condiciones en las que se da la exploración. Esta adaptación y cambio sugieren un nivel mayor de complejidad en la codificación del espacio y del circuito neuronal, encargado de la representación del espacio. Los autores consideran que las barrier-cells facilitarían la labor de las células de lugar con la integración de información sobre la geometría de nuestro entorno y a través de la actualización de ésta durante la exploración en diferentes contextos espaciales.

El deterioro del subiculum, clave en patologías de impacto

El deterioro del subiculum y el hipocampo se puede observar en patologías como el Alzhéimer, la esquizofrenia o la epilepsia. De hecho, el subiculum puede ser un área con un fuerte papel epileptogénico, en parte por la alta probabilidad de las neuronas excitadoras del subiculum a disparar potentes ráfagas de potenciales de acción. En este contexto, el trabajo básico del Instituto de Neurociencias, que ha contado con la colaboración de investigadores del Trinity College de Dublín (Irlanda), del Institut d'Investigacions Biomèdiques August Pi i Sunyer de Barcelona y de la Institución Catalana de Investigación y Estudios Avanzados (ICREA), ayuda a entender este tipo de fenómenos que también subyace a los procesos de plasticidad sináptica, procesamiento de la información espacial o en la memoria. Por tanto, entender la función básica, los circuitos e intentar caracterizar el comportamiento de estos en las diferentes enfermedades da información muy valiosa para plantearnos como funciona nuestro cerebro y también posibles vías de investigación translacional. No obstante, los investigadores señalan que "aún queda mucho por hacer".
Para entender el impacto de este estudio, hay que partir de la base de que nuestro cerebro cuenta con una especie de GPS interno, localizado en el hipocampo. Este sistema se apoya en diferentes instrumentos para determinar nuestra posición en el espacio. En concreto, unas neuronas informan sobre nuestra dirección de movimiento a modo de brújula (de dirección), otras nos dan información sobre la distancia recorrida, (grid cells o células de rejilla), otras sobre los límites físicos (border cells o boundary vector cells), y finalmente tenemos las place cells o células de lugar, que sólo se activan cuando estamos en posiciones específicas del espacio. La actividad de estas neuronas reflejaría la representación interna del espacio en el que nos movemos, según los investigadores