Al conducir hasta una intersección con mucho tráfico, probablemente preste más atención a dónde estará en el futuro cercano que a dónde se encuentra en ese momento. Después de todo, saber cuándo llegará a la intersección, y si debe detenerse o reducir la velocidad para evitar una colisión con un automóvil que pasa, un peatón o un ciclista, suele ser mucho más importante que conocer su ubicación actual.
Esta capacidad de centrarse en dónde estaremos en el futuro cercano, en lugar de dónde estamos en el presente, puede ser una característica clave del sistema de navegación integrado del cerebro de los mamíferos, sugiere un nuevo estudio que aparece en línea el jueves 8 de julio. , en la revista Science.
Los neurocientíficos de la Universidad de California, Berkeley, rastrearon de forma inalámbrica la actividad cerebral de los murciélagos frugívoros egipcios mientras volaban a través de una sala de vuelo personalizada. Cuando los investigadores compararon las rutas de vuelo de los murciélagos con sus lecturas neuronales, encontraron que las actividades de las "células de lugar" de los murciélagos, un tipo especial de neuronas responsables de codificar la posición espacial de un animal, a menudo se correlacionaban más estrechamente con el lugar donde los murciélagos estarían en un futuro cercano, en lugar de donde estaban en ese momento.
"Queríamos averiguar: ¿la actividad neuronal en el momento presente hace un mejor trabajo al representar una posición pasada o futura que la posición actual actual? Y descubrimos que, para algunas neuronas, la actividad neuronal en realidad hace mucho un mejor trabajo para representar un puesto futuro ", dijo el autor principal, Nicholas Dotson, quien realizó la investigación como becario postdoctoral en UC Berkeley. "El hallazgo muestra que la actividad neuronal en esta región está representando más que la posición actual del murciélago: representa tentativamente una trayectoria de vuelo completa".
Las células de lugar, ubicadas en una región del cerebro llamada hipocampo, trabajan juntas para formar un "sistema GPS" innato para una variedad de animales terrestres, incluidos los humanos. A medida que un animal explora un nuevo entorno, diferentes células de lugar se activan en diferentes posiciones, creando un mapa interno del territorio que se puede guardar y almacenar.
"Si tuvieras acceso a la actividad neuronal en mi hipocampo mientras caminaba por una habitación, podrías decodificar dónde estaba en la habitación en función de esta actividad neuronal", dijo Dotson.
El descubrimiento de células de lugar en roedores fue galardonado con el Premio Nobel de Fisiología o Medicina 2014, y muchos de los experimentos fundamentales se llevaron a cabo en las décadas de 1970 y 1980. Sin embargo, aún quedan algunas preguntas sobre cómo funciona esta región del cerebro durante el movimiento rápido y cómo funciona para representar posiciones "no locales".
"Debido a que el hipocampo está involucrado en la navegación, se han realizado varios estudios que analizan la codificación en esta región del cerebro y se preguntan: ¿Cómo representa la actividad neuronal las cosas que van a suceder en el futuro o que han sucedido en el pasado? ¿Y puede este cerebro región exhibe una actividad que no representa dónde estamos ahora, pero en realidad representa una posición que está muy lejos ". dijo el autor principal del estudio, Michael Yartsev, profesor asistente de neurobiología y bioingeniería en UC Berkeley.
Experimentos anteriores no han podido responder de manera concluyente a esta pregunta, dijo Yartsev. Esto probablemente se deba a que se llevaron a cabo utilizando animales de movimiento relativamente lento, como ratas, que, en recintos experimentales, solo se moverán alrededor de una pulgada o dos en un segundo, y también porque al comparar la actividad de neuronas individuales con la posición de un animal con el tiempo, un cambio de una fracción de pulgada no hará una gran diferencia.
Los murciélagos, sin embargo, son extremadamente rápidos en vuelo.
"Los murciélagos se mueven muy, muy rápido. Vuelan a velocidades de unos 30 a 50 kilómetros por hora en el laboratorio, lo cual es una gran ventaja, porque en la misma fracción de segundo, una rata puede moverse unos centímetros, mientras que un murciélago se movería unos metros ", dijo Yartsev.
Para realizar los experimentos, Yartsev y Dotson utilizaron dispositivos inalámbricos de grabación neuronal para monitorear la actividad cerebral de los murciélagos mientras volaban libremente a través de una habitación hecha a medida que había sido equipada con cámaras para rastrear las rutas de vuelo precisas de los murciélagos. En una serie de experimentos, registraron la posición y la actividad cerebral de los murciélagos mientras los humanos animaban a los animales a explorar el volumen 3D completo de la habitación. En otro conjunto de experimentos, los murciélagos se quedaron solos con un conjunto de alimentadores automáticos, ubicados en diferentes lugares de la habitación, para atraer a los murciélagos a volar.
Cuando Yartsev y Dotson compararon el momento de la actividad neuronal con las rutas de vuelo de los murciélagos, encontraron que al cambiar las posiciones de los murciélagos hacia adelante en el tiempo, al comparar la actividad neuronal con las ubicaciones donde los murciélagos estarían en unos pocos cientos de milisegundos, o en un segundo, de repente, la actividad neuronal se correlacionó mucho más fuertemente con la posición espacial.
"Con base en los datos, podría suponer que algunas neuronas no codifican información espacial en absoluto, porque no hay correlación con la posición en el momento cero o en el momento presente", dijo Yartsev. "Pero si comparas su actividad con una posición un segundo en el futuro, de repente la correlación es increíblemente aguda".
Los hallazgos sugieren que la actividad de las células de lugar no solo representa una única posición actual, sino en realidad una trayectoria que se extiende hacia el futuro cercano y también hacia el pasado.
"Podemos imaginarnos caminando por un pasillo e imaginando dónde estábamos y dónde estaremos en breve. ¿Cómo se ve esa actividad en el cerebro?" Dijo Dotson. "Nuestros hallazgos sugieren que mientras los murciélagos vuelan, están representando en su mente no solo dónde están, sino dónde están a lo largo del camino".
Aunque las células del lugar y los componentes básicos de este sistema de navegación se han identificado en una amplia variedad de mamíferos, aún no está claro si esta capacidad de proyectar un camino hasta un segundo en el futuro es exclusiva de los murciélagos y su patrón de vuelo rápido, o es compartido por una variedad más amplia de animales. Sin embargo, el descubrimiento abre una variedad de preguntas interesantes sobre cómo los humanos procesamos nuestro movimiento a través del tiempo y el espacio, dijo Yartsev.
Debido a que el hipocampo también es un lugar de muchas enfermedades, como el Alzheimer, donde el sentido de ubicación y la memoria de una persona a menudo se interrumpen, descubrir estos cálculos neuronales básicos también podría brindar a los científicos una mejor comprensión del deterioro relacionado con la enfermedad y ayudarlos a idear métodos más efectivos. tratos.
"Es posible que las criaturas terrestres no necesiten proyectarse tan lejos en el futuro como un murciélago, pero, incluso para los humanos, podría variar según la situación. Si estás caminando, probablemente te contentes con saber qué va a pasar justo delante de ti. Pero cuando conduces, quieres saber qué va a pasar a tres metros o más de ti, porque te mueves a una velocidad muy alta ", dijo Yartsev. "Ahora que sabemos que existe alguna representación neuronal de la posición futura en los murciélagos, podemos preguntarnos: ¿Cuáles son los componentes compartidos entre diferentes animales? ¿Y de qué manera y en qué medida los humanos exhiben esta habilidad?"
Este trabajo fue apoyado por la New York Stem Cell Foundation (NYSCF-RNI40), la Oficina de Investigación Científica de la Fuerza Aérea (FA9550-17-1-0412), la Oficina de Investigación Naval (N00014-21-1-2063), la Packard Fellowship (2017-66825), el Instituto Nacional de Trastornos Neurológicos y Accidentes Cerebrovasculares (R01NS118422-01), la Fundación Valle (VS-2020-34) y el Programa de Becas Searle (SSP-2016-1412).
