Descubren cómo se forma el sistema de navegación del cerebro

El cerebro posee un sistema de navegación que nos orienta en los espacios que ocupamos. Este sistema de navegación se basa en dos tipos de neuronas específicas: las células de lugar, que codifican nuestra posición, y las células de red, que se activan cada vez que pasamos por un sitio. Gracias a estas células de red, somos capaces de reconocer espacios y de transitarlos sin perder nuestra orientación.

Este mapa interno de navegación, que se estableció tras el descubrimiento por la neurocientífica noruega May-Britt Moser (Nobel de Medicina en 2014) de las células de red, fue un primer paso hacia la comprensión de los mecanismos cerebrales que nos permiten desarrollar nuestra vida cotidiana en marcos espaciales.

Se sabe que, cuando pasamos por determinado sitio, un grupo de neuronas de red se activa y dibuja un mapa del espacio en el que nos encontramos. Observando la anatomía del cerebro, alguien puede saber si estamos en el salón de casa o en la cocina.

Las células de red crean un mapa detallado del espacio que nos permite movernos en cualquier lugar con perfecta consciencia de dónde estamos y adónde vamos. Pero cómo funciona ese sistema de células de red no se conocía hasta que investigadores europeos y norteamericanos lo han descubierto. Sus resultados se publican en la revista Current Biology.

¿Espacios cognitivos o coordenadas?

Se ha especulado en todo este tiempo acerca de cómo funciona el sistema de células de red. Según algunas teorías, estas neuronas emiten señales con las que dibujan “espacios cognitivos”, a través de los cuales podemos organizar nuestra vida cotidiana en diferentes entornos.

También se ha sugerido que estas células podrían realizar cálculos dinámicos, similares a los que realiza un ordenador para ubicar el cursor del ratón en una pantalla, para indicarnos dónde estamos exactamente dentro de un espacio físico concreto. Establecerían un sistema imaginario de coordenadas.

La nueva investigación ha podido explicar cómo estas células de red consiguen el efecto de movernos por el espacio con total normalidad: cuando se activan, forman una estructura específica en forma de cuadrículas que reflejan con exactitud el espacio en el que nos desenvolvemos. Es como si dibujaran un plano del entorno, estructurado en cuadriculas como lo hacemos nosotros cuando reflejamos en papel un espacio geográfico  “a escala”.

De esta forma, las células de red  codifican una variedad de posiciones distribuidas uniformemente en el entorno en el que estamos y forman un patrón geográfico de cada espacio. Ese patrón se distribuye por diferentes partes del hipocampo, una de las regiones cerebrales implicadas en el sistema de navegación cerebral, y nos permite reconocer un espacio que ya hemos visitado.

Desvelando la actividad cerebral

El descubrimiento se produjo porque este grupo de investigadores, liderado por el holandés Tobias Staudigl, visualizaron la actividad cerebral de un grupo de 36 voluntarios mientras exploraban imágenes de escenas cotidianas.

La actividad cerebral de estos voluntarios fue registrada mediante magnetoencefalografía (MEG), una técnica no invasiva que registra la actividad funcional cerebral, mediante la captación de campos magnéticos, permitiendo investigar las relaciones entre las estructuras cerebrales y sus funciones.

Al mismo tiempo, se empleó la electroencefalografía craneal (EEG), que registra la actividad eléctrica del cerebro generada por la comunicación entre neuronas, para analizar el cerebro de un paciente epiléptico.

Durante una exploración MEG, los voluntarios se pusieron un casco que mide los campos magnéticos causados por las corrientes eléctricas de las células nerviosas activas. "Esto nos permitió registrar datos que son una expresión de la actividad total momentánea del cerebro, en tiempo real", explica Tobias Staudigl, en un comunicado.

Los voluntarios vieron 200 imágenes que contenían escenas interiores y exteriores. "Además de las mediciones MEG, también registramos sus movimientos oculares utilizando un rastreador ocular para determinar cómo exploraban visualmente las escenas de las imágenes mostradas", añade Staudigl.

Estructura específica

En el caso del paciente epiléptico, los investigadores aprovecharon el hecho de que para fines de diagnóstico, antes de una cirugía cerebral, se le habían implantado electrodos que podían registrar directamente la actividad eléctrica del cerebro.

Se le pidió a este paciente que mirara imágenes similares a las de los 36 voluntarios, con escenas interiores y exteriores, así como con animales y caras. Sus movimientos oculares también se midieron, lo que permitió a los científicos obtener un conjunto de datos adicional para registrar los patrones de activación de las células de red.

"Observamos si los patrones de actividad de todo el sistema de células de red tiene una estructura específica, como se ha asumido durante algunos años", explica otro de los autores, Christian Doeller. "Al mostrarles a los sujetos imágenes de escenas visuales, pudimos demostrarlo. Esta es la primera vez que este efecto se mide con las grabaciones de MEG y EEG, y abre muchas oportunidades interesantes para futuras investigaciones. Por ejemplo, podría conducir a nuevos biomarcadores para enfermedades como la enfermedad de Alzheimer en el futuro. Esto se debe a que en adultos jóvenes con un mayor riesgo de enfermedad de Alzheimer, ya hemos visto que la actividad del sistema de células de la cuadrícula se reduce".

Referencia

Hexadirectional Modulation of High-Frequency Electrophysiological Activity in the Human Anterior Medial Temporal Lobe Maps Visual Space. Current Biology, October 11, 2018. DOI:https://doi.org/10.1016/j.cub.2018.09.035