La geometría del entorno cambia la geometría del cerebro

En 1971, el científico británico-estadounidense John O´Keefe descubrió el primer componente del sistema cerebral que nos permite ubicarnos y orientarnos: un tipo de célula nerviosa presente en un área cerebral llamada hipocampo.

En 2005, el matrimonio de científicos noruegos compuesto por May Britt y Edvard I. Moser remataron el hallazgo al encontrar unas células de red o “células grid” que permiten que el cerebro genere mapas del espacio y que podamos orientarnos en cualquier entorno. O’Keefe, Britt y Moser fueron galardonados por estos hallazgos con el Premio Nobel de Medicina 2014.

Ahora, una nueva investigación sobre el GPS cerebral revela una cuestión sorprendente: los patrones creados por las células grid, que nos orientan en el espacio, se ven influenciados por la forma del entorno. Es decir, que podrían no ser una medida universal, sino que dependan del exterior.

El descubrimiento ha sido realizado por científicos del University College London; y aparece explicado en un comunicado de Eurekalert! y en la revista Nature.

Sincronización con el entorno

En términos generales, y tal y como descubrieron Britt y Moser en 2005, las células de red generan un sistema coordinado que permite un posicionamiento preciso y el hallazgo del camino. Se trata de un ‘mapa cerebral interno’ de cada entorno local. Lo hacen emitiendo señales, de manera periódica.

Hasta ahora, se pensaba que dicho mapa estaba compuesto por patrones hexagonales uniformemente espaciados (patrones de red), a través de los cuales las distancias podían medirse.

La nueva investigación, sin embargo, desafía esta teoría, al demostrar que dichos patrones no son siempre iguales. De hecho, se alinean con la geometría de los entornos, cambiando las distancias entre las regiones ‘uniformemente espaciadas’ antes mencionadas.

Julija Krupic, directora del estudio, explica que el patrón formado por las células de red no es, por tanto, una regla de medición de las distancias para nuestro cerebro, sino que “se flexiona y se estira en función de la geometría de nuestro entorno exterior”. “Los patrones de red cambien notablemente entre entornos de formas distintas, e incluso dentro del mismo entorno", asegura Krupic.

El impacto de la geometría

La comprobación de este punto se hizo con 41 ratas. Los patrones de red de la corteza entorrinal de estos animales fueron analizados, mientras las ratas buscaban alimento en entornos circulares, cuadrados o trapezoidales. La corteza entorrinal está en el lóbulo temporal medio, y juega un papel clave en las memorias espaciales y en la orientación.  

Se descubrió así que, al meter a las ratas en un entorno con forma trapezoidal, los  patrones de red hexagonales que conformaban las células grid de dicha región de sus cerebros se rompían, para alinearse con la forma de las paredes del contexto. Más concretamente, se constató que los patrones se alineaban con el ángulo de 8.8° de las paredes.

El equipo investigó entonces si los cambios habían sido causados por estímulos externos, como puntos de referencia visuales, texturas y olores o alteraciones en la velocidad o el movimiento direccional de las ratas. Descubrieron que la principal influencia había sido el impacto de la geometría del contexto.

Percibir según el contexto

Según otro de los autores del hallazgo, Marius Bauza. “Nos quedamos sorprendidos al ver hasta qué punto las fronteras de los entornos cambian permanentemente los patrones de red, y hasta qué punto la actividad de las células grid es local”.

Ahora, los investigadores planean usar esta nueva información para perfeccionar los modelos matemáticos que habían desarrollado para tratar de comprender el comportamiento de estas células y cómo se forman los patrones de red.

“Sabemos que otras células implicadas en el GPS del cerebro, como las células de lugar o de posición (place cells) o las células de límite (boundary cells) se ven afectadas por la geometría del entorno, y ahora hemos visto lo mismo en las células de red. Podría ser que los patrones de red no sean utilizados por el cerebro como guía y estén haciendo algo diferente”. Y es que, aunque sí que se usen para medir distancias, su distorsión en entornos con una geometría polarizada arroja la interesante idea de que “nuestros cerebros puedan percibir las distancias de manera distinta en este tipo de contextos”, concluye Bauza.

El siguiente paso que dará el grupo de la UCL será tratar de averiguar por qué los patrones de red cambian según el entorno y lo que esto significa para las células grid, gracias a las cuales nos orientamos y formamos las memorias espaciales.
 

Referencia bibliográfica:

Julija Krupic, Marius Bauza, Stephen Burton, Caswell Barry, John O’Keefe. Grid cell symmetry is shaped by environmental geometry. Nature (2015). DOI: 10.1038/nature14153.