La parte del cerebro que crea mapas mentales del entorno de uno juega un papel mucho más amplio en la memoria y el aprendizaje de lo que se pensaba anteriormente, según una nueva investigación publicada esta semana en la revista Naturaleza por investigadores de la Universidad de Princeton.
"Casi 40 años de investigación sugirieron que una determinada región del cerebro se dedicaba a la navegación espacial", dijo David Tank, profesor Henry L. Hillman de Princeton en Biología Molecular y codirector del Instituto de Neurociencia de Princeton. "Encontramos queesta misma región también está involucrada cuando se navegan no solo entornos espaciales sino también cognitivos ".
El estudio examinó una región del cerebro llamada hipocampo que se sabe que desde la década de 1970 se activa cuando las ratas viajan alrededor de sus entornos. Esa investigación y el trabajo relacionado que muestra que las células en la corteza entorrinal cercana se disparan cuando los animales alcanzan una concentración específicaubicaciones, llevaron al hallazgo de que el cerebro crea una representación interna del mundo exterior, una especie de sistema de posicionamiento mental, que le dice a un animal dónde está en su entorno. Estos hallazgos le valieron a tres científicos el Premio Nobel de Fisiología 2014 oMedicamento.
Ahora los investigadores de Princeton han descubierto que esas mismas regiones del cerebro están activas cuando el cerebro está explorando un tipo de entorno muy diferente, uno que implica escuchar sonidos. Los investigadores monitorearon la actividad neuronal mientras las ratas escuchaban y respondían a ciertos sonidos, y encontraronpatrones de disparo similares a los observados cuando las ratas exploran sus entornos
La investigación aborda un misterio de larga data en neurociencia, cómo el hipocampo podría asociarse tanto con la creación de mapas del entorno externo como con la creación de nuevos recuerdos. Personas con daños en el hipocampo, como el paciente con amnesia conocido por las iniciales HM que participaronEn cinco décadas de estudios hasta su muerte en 2008, falta la capacidad de formar nuevos recuerdos.
En estudios previos en los que los científicos monitorearon la actividad eléctrica de las células en el hipocampo, descubrieron que las células se dispararon en secuencias que representaban dónde estaba el animal, en qué dirección miraba su cabeza, en qué dirección viajaba y dónde estaba en relaciónun límite, según Dmitriy Aronov, primer autor del artículo que realizó el trabajo mientras era un investigador postdoctoral en el Instituto de Neurociencia de Princeton y que ahora es profesor asistente de neurociencia en la Universidad de Columbia. "El misterio era, ¿qué tienen estos patrones de disparo?que ver con la memoria? "
Los investigadores teorizaron que tal vez el hipocampo y la corteza entorrinal cercana, que trabajan juntos para hacer estos mapas mentales, en realidad no eran específicos del mapeo per se sino que estaban involucrados en tareas cognitivas más generales, y ese mapeo era solo un aspecto detareas cognitivas más grandes que involucran aprendizaje y memoria. Quizás la razón por la cual los estudios previos solo revelaron las tareas de búsqueda de ubicación es porque las ratas pasan la mayor parte de su tiempo explorando sus entornos mientras buscan comida.
Al asignar a las ratas una tarea diferente, como explorar sonidos, los investigadores podrían ver evidencia de actividades cognitivas en el circuito hipocampal-entorrinal. Los investigadores eligieron el sonido como una analogía con el espacio porque ambos pueden variar a lo largo de un continuo: las ratas puedenexplorar frecuencias cada vez mayores de la forma en que avanzarían a lo largo de un largo corredor.
Para probar la teoría, los investigadores monitorearon la actividad eléctrica de las neuronas en el hipocampo y las regiones entorrinales, mientras que las ratas manipularon sonidos y aprendieron a asociar ciertas frecuencias de sonido con recompensas. Tank y Aronov se asociaron con Rhino Nevers, clase de 2018, para graduarse.realizar el trabajo. Los investigadores primero enseñaron a las ratas a presionar una palanca para aumentar el tono, o la frecuencia, de un tono que se reproduce en un altavoz. Las ratas aprendieron que si soltaban la palanca cuando el tono alcanzaba un rango de frecuencia predeterminado,recibiría una recompensa
El equipo observó que los patrones de disparo neuronal correspondían a los comportamientos de las ratas durante la tarea. Se produjeron secuencias de actividad neuronal a medida que las ratas avanzaban a través de la progresión de frecuencias, análoga a las secuencias producidas durante el recorrido de una progresión de lugares en el espacioIncluso había patrones que correspondían a frecuencias de sonido particulares. Las neuronas involucradas en estos patrones de disparo eran idénticas a las involucradas en el mapeo y la navegación. Estas células incluían células del lugar del hipocampo, llamadas así porque disparan cuando la rata está en un lugar particular,y celdas de la cuadrícula entorrinal, que se disparan cuando las ratas pasan por ciertos lugares.
Los resultados sugieren que existen mecanismos comunes en el sistema hipocampal-entorrinal que pueden representar diversos tipos de tareas, dijo Tank, quien también es director de la Colaboración Simons en el Cerebro Global. "La implicación de nuestro trabajo es que estos cerebroslas áreas no representan la ubicación específicamente, sino que pueden representar otras características relevantes de la experiencia del animal. Cuando esas características varían de forma continua, se producen secuencias de activación neuronal ", dijo Tank.
El descubrimiento encaja con cómo pensamos en mapear nuestro entorno en el contexto de aprender sobre nuevos lugares y formar recuerdos de experiencias, dijo Aronov. "Cuando visitas una nueva ubicación, no solo haces un mapa mental, sino que tambiéntambién forman recuerdos de su ubicación. Creemos que este estudio resuelve el misterio del hipocampo al representar tanto la memoria como la ubicación, en el sentido de que estas neuronas son neuronas de propósito general capaces de representar cualquier información relevante ".
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Materiales proporcionados por Universidad de Princeton . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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