Una observación al interior del cerebro de un vampiro volante descubre pistas sobre la navegación de los mamíferos

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Al conducir hacia 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, peatón o ciclista que pasa es generalmente 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, podría 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 el diario Ciencias.

Los neurocientíficos de la Universidad de California, Berkeley, monitorearon 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 locus ” de los murciélagos, un tipo especial de neuronas responsables de codificar la posición espacial de un animal, a menudo estaban más estrechamente correlacionadas con el lugar donde lo harían los murciélagos. estar en un futuro cercano en lugar de donde estaban ahora.

“Queríamos averiguar: ¿la actividad neuronal en el momento presente hace un mejor trabajo al representar una ubicación pasada o futura que la ubicación actual? Y descubrimos que, para algunas neuronas, la actividad neuronal en realidad hace un trabajo mucho mejor al representar un posición futura “, dijo el autor principal Nicholas Dotson, quien realizó la investigación como becario postdoctoral en UC Berkeley. “El descubrimiento muestra que la actividad neuronal en esta región representa más que la posición actual del murciélago: tentativamente representa una ruta de vuelo completa”.

Las células locales, 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 celdas de ubicación se activan en diferentes ubicaciones, creando un mapa interno del territorio que se puede guardar y archivar.

“Si tuviera acceso a la actividad neuronal en mi hipocampo mientras caminaba por una habitación, podría decodificar dónde estaba en la habitación en función de esta actividad neuronal”, dijo Dotson.

El descubrimiento de células locales en roedores recibió el Premio Nobel de Fisiología o Medicina 2014, y muchos de los experimentos clave 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 han analizado la codificación en esta región del cerebro y se han preguntado: ¿cómo la actividad neuronal representa las cosas que sucederán en el futuro o que han sucedido en el pasado? Y este cerebro puede región muestra una actividad que no representa dónde estamos en este momento, pero en realidad representa una ubicación que está distante “. dijo el autor principal del estudio, Michael Yartsev, profesor asistente de neurobiología y bioingeniería en UC Berkeley.

Los experimentos anteriores no han podido responder definitivamente a esta pregunta, dijo Yartsev. Esto probablemente se deba al hecho de que se realizaron con animales relativamente lentos, como ratas, que, en recintos experimentales, solo se mueven alrededor de una pulgada o dos por segundo, y también porque al comparar la actividad de neuronas individuales con la de un animal. posición 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 30-50 km / h en el laboratorio, lo cual es una gran ventaja, porque en la misma fracción de segundo, un ratón podría moverse unos centímetros, mientras que un murciélago movería una pocos metros “, dijo Yartsev.

Para realizar los experimentos, Yartsev y Dotson utilizaron dispositivos de grabación neuronal inalámbricos para monitorear la actividad cerebral de los murciélagos mientras volaban libremente en 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 ubicación de los murciélagos y la actividad cerebral mientras los humanos animaban a los animales a explorar todo el volumen 3D de la habitación. En otra serie de experimentos, los murciélagos se quedaron solos con una serie de alimentadores automáticos, colocados en diferentes puntos 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 mover las posiciones de los murciélagos hacia adelante en el tiempo, compararon la actividad neuronal con las posiciones en las que habrían estado los murciélagos. Unos cientos de milisegundos , o en un segundo, de repente, la actividad neuronal se correlacionó mucho más fuertemente con la ubicación espacial.

“Con base en los datos, se 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 negocio con una posición un segundo en el futuro, de repente la correlación es increíblemente aguda”.

Los hallazgos sugieren que la actividad celular local representa no solo una única ubicación 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 imaginar dónde acabábamos de estar y dónde estaremos pronto. ¿Cómo se ve esta actividad en el cerebro?” Dijo Dotson. “Nuestros hallazgos sugieren que cuando los murciélagos vuelan, representan en sus mentes no solo dónde están, sino dónde se encuentran en el camino”.

Aunque las células locales 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 una trayectoria 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 serie de preguntas interesantes sobre cómo los humanos procesamos nuestro movimiento en el tiempo y el espacio, dijo Yartsev.

Dado que el hipocampo también es un sitio de muchas enfermedades, como el Alzheimer, donde el sentido de la posición y la memoria de una persona a menudo se interrumpen, descubrir estos cálculos neuronales básicos también podría brindar a los científicos una mejor comprensión de la enfermedad relacionada con el daño y ayudarlos a idear más tratamientos efectivos.

“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 alegrará saber qué va a pasar justo en Pero cuando conduces, quieres saber qué pasará a tres metros o más de ti, porque te mueves a una velocidad muy alta “, dijo Yartsev. “Ahora que sabemos que existe una representación neuronal de la posición futura en los murciélagos, podemos preguntarnos: ¿cuáles son los componentes compartidos entre diferentes animales? ¿Y cómo y en qué medida los humanos muestran esta capacidad?”

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