Descubrimiento IMP para la Investigación del Cerebro

El objetivo en mente  

Científicos descubren el mapa de objetivos internos del cerebro que permite a los animales dirigirse con precisión a un destino elegido

12. Noviembre 2021

Los animales, incluidos los roedores y los humanos, pueden dirigirse a una ubicación deseada confiando en el mapa cognitivo interno del cerebro. Si bien estudios anteriores han identificado neuronas especializadas que nos ayudan a identificar nuestra propia posición y dirección en el espacio, por mucho tiempo los científicos se han preguntado si el cerebro puede procesar una estimación precisa de una futura ubicación objetivo. Investigadores del Instituto Max Planck para la Investigación del Cerebro en Frankfurt han descubierto un código neuronal para objetivos espaciales, demostrando la existencia del mapa de objetivos del cerebro que nos guía hacia un destino remoto en el espacio y el tiempo.

Para realizar una tarea diaria simple, como planificar un viaje a un supermercado local, se debe visualizar el supermercado en la mente mientras aún está en casa para que su cerebro pueda calcular la mejor ruta para el próximo viaje. Pero, ¿cómo puede el mapa espacial del cerebro representar simultáneamente dos ubicaciones en el espacio: su hogar que se puede percibir con la mayoría de sus sentidos y el supermercado que se encuentra más allá del rango de su percepción sensorial? Los neurocientíficos han lidiado con esta pregunta durante los últimos 50 años.

"Desde el descubrimiento ganador del premio Nobel de las células de lugar en 1971 por John O'Keefe y sus colegas, la investigación de la navegación espacial se ha centrado principalmente en las propiedades de las neuronas sintonizadas con la posición o dirección instantánea del animal", dice Hiroshi Ito, líder del grupo de investigación en el Instituto Max Planck para la Investigación del Cerebro que dirigió el nuevo estudio publicado en Nature. Investigaciones anteriores en las últimas décadas nos han proporcionado una mejor comprensión de cómo podemos realizar un seguimiento de nuestra posición y dirección en el espacio. Sin embargo, la evidencia para la estimación de objetivos, otro aspecto fundamental de la navegación espacial, ha faltado casi por completo hasta ahora.

"Nuestro trabajo actual abordó este rompecabezas al mostrar que los objetivos futuros se representan como un patrón de actividad neuronal similar a los de las visitas anteriores a una ubicación objetivo (por ejemplo, un supermercado). Por ejemplo, se observa un patrón específico de actividad neuronal cuando un animal visita un lugar particular en el espacio. Sin embargo, descubrimos que este patrón de actividad puede resurgir simplemente por la decisión del animal de apuntar a la misma ubicación que un objetivo de navegación, independientemente de dónde se encuentre realmente el animal ", dice Ito.

"Diseñamos una tarea en la que una rata necesita navegar a un lugar remoto donde se proporciona una recompensa. En particular, la ubicación de la recompensa sigue cambiando, lo que garantiza que la rata actualice continuamente las ubicaciones de sus objetivos", explica Raunak Basu, postdoc en el laboratorio de Ito y primer autor del nuevo estudio. Como una región cerebral candidata que representa un objetivo futuro, los científicos se centraron en la corteza orbitofrontal (OFC), una subregión de la corteza prefrontal, que se cree que está involucrada en la toma de decisiones, pero que permanece relativamente inexplorada desde el aspecto de la navegación espacial.

Para investigar los patrones neuronales en el OFC, los investigadores midieron simultáneamente la actividad de cientos de neuronas. "Logramos esto mediante el uso de dispositivos de grabación impresos en 3D personalizados que pueden insertar hasta 60 cables ultradelgados (llamados tetrodos) en el cerebro de la rata. Estos dispositivos nos permitieron monitorear los patrones de actividad neuronal ofc desde que las ratas estaban a punto de comenzar su viaje hasta que alcanzaron la ubicación de la meta. Con la ayuda de técnicas de decodificación estadística, confirmamos que estos patrones comparten similitudes significativas, demostrando que el objetivo futuro está representado en el OFC durante toda la duración de la navegación", dice Basu.

Impulsados por su descubrimiento, Basu y sus colegas preguntaron si la actividad de las neuronas OFC influye causalmente en el destino del animal. Con este fin, perturbaron la actividad de las neuronas en el OFC mediante la aplicación de luz láser pulsada al comienzo del viaje. "Lo que más me sorprendió fue ver que la rata que había estado realizando la tarea de navegación casi a la perfección, de repente tras la perturbación, pasó ignorantemente por un objetivo correcto y se dirigió a un lugar incorrecto", recuerda Basu. "Este error de navegación fue reversible una vez que la perturbación se detuvo, lo que sugiere que el deterioro no se debe a una pérdida general de la memoria del objetivo".

"Nuestro trabajo apunta a un sistema de mapas internos paralelos en el cerebro que se centra más en representar un destino en lugar de ubicaciones transitorias atravesadas por el animal durante la navegación. Por lo tanto, curiosamente, el cerebro utiliza múltiples sistemas de mapas, rastreando no solo el estado presente sino también el futuro del yo, lo que probablemente sea una base neuronal que respalde nuestra capacidad de navegación precisa y flexible", concluye Ito.

 
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