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Descubren la pieza que le faltaba al GPS cerebral

Un científico argentino identificó neuronas que "miden" la velocidad a la que se mueven animales de laboratorio
Nora Bär
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21 de julio de 2015  

Para llegar hoy hasta nuestro escritorio, ir a buscar a los chicos al colegio o hacer trámites en el centro, todos usamos un exquisito sistema cerebral que el año pasado (cuando se otorgó el Premio Nobel a los científicos que lo describieron) se dio a conocer como el "GPS del cerebro".

"Se trata de un circuito extremadamente complejo del que sólo conocemos una parte -explica Emilio Kropff, físico y neurocientífico argentino que trabajó en Noruega con los doctores May-Britt y Edvard Moser, dos de los galardonados con el Nobel de Medicina o Fisiología 2014, compartido con John O'Keefe-. Las neuronas «vedette» son las que representan mapas de los lugares que visitamos: las place cells [o neuronas de lugar], que están en el hipocampo, y las grid cells [células grilla], que conforman una suerte de mapa de coordenadas que permite orientarse durante los desplazamientos."

Kropff, que retornó al país a trabajar en el Instituto Leloir, acaba de descubrir "la pata que faltaba" de este sistema de posicionamiento interno. En un trabajo que se publicó en Nature y que firma como primer autor, con Eric Carmichael y el matrimonio Moser como coautores, el joven investigador argentino demuestra en animales de laboratorio que existen neuronas que codifican con mucha precisión la velocidad. Son las llamadas speed cells, muchas veces postuladas, pero que hasta ahora no habían podido ser identificadas.

"Desde que, en 2004, se descubrieron las grid cells, se había teorizado que para que uno pueda calcular donde está, debía haber neuronas que registraran el movimiento -cuenta Kropff desde Italia, donde se encuentra participando de un mes de actividades científicas-. Pensemos qué ocurriría si se cortara la luz y uno tuviera que ir del comedor a la cocina. ¿Qué necesitaría este GPS cerebral? Saber en qué dirección y cuánto nos movemos. Se había probado que este sistema nos indica la dirección y que había unas neuronas que actúan como una suerte de brújula (las head direction cells, que se activan según la dirección en la que apunta la cabeza del animal). Sin embargo, no estaba claro cómo estimamos la velocidad. En parte, porque es difícil hacer los experimentos."

Para llegar a su objetivo, los científicos diseñaron un novedoso dispositivo, inspirado en el troncomóvil de Los Picapiedras , que les permitió controlar la velocidad a la que corrían los roedores. "Es un carrito sin piso que se desplaza a lo largo de una vía controlado por un motor -detalla Kropff-. Al moverse a una velocidad prefijada por una computadora, el animal colocado adentro acompaña el desplazamiento hasta llegar al final de la vía y recibe una recompensa".

Kropff y colegas medían la actividad neuronal por medio de electrodos extracelulares, cuando de pronto se dieron cuenta de que algunas neuronas, que no eran las grid, registraban muy certeramente la velocidad: su actividad eléctrica aumentaba cuando el animal iba más rápido, y disminuía cuando iba más lento.

Alrededor del 15% de las neuronas de un área llamada corteza entorrinal (en los roedores, alrededor de 300.000 células) se dedican exclusivamente a registrar la velocidad. Es más: los investigadores pudieron reconstruir qué tan rápido se desplazaba un roedor a partir de la actividad eléctrica de estas speed cells. Y constataron que se adelantan unos 100 milisegundos, lo que permite que las grid cells realicen una predicción similar respecto de su posición.

Así, la estructura del GPS cerebral descripto por los doctores O'Keefe, Moser y, ahora, Kropff, incluiría cuatro clases principales de neuronas.

Las place cells (descubiertas por O'Keefe en el hipocampo, región del cerebro que interviene en la memoria), que se activan cuando uno se encuentra en un sitio particular y no en otro. Son neuronas que van dibujando y memorizando mapas a medida que exploramos nuevos lugares. Esto explicaría por qué experimentos realizados en conductores de taxis de Londres mostraron que tienen un hipocampo más voluminoso.

Las head direction cells, halladas en 2006 en la corteza entorrinal, también en el laboratorio de los Moser.

Las grid cells, que actúan como un sistema de coordenadas que divide el espacio en longitudes y latitudes, y permiten determinar la posición del animal cuando se desplaza por el espacio. "Aplican un único «mapa maestro» en todos lados -explica Kropff-. Por eso, desde hace años se piensa que las grid cells representan el espacio no tanto sobre la base de la información sensorial que percibimos, sino partiendo exclusivamente de información interna, sin necesidad de apelar a señales del mundo exterior. Si fuéramos un caballo moviéndonos en un tablero de ajedrez, podríamos reconstruir nuestra posición basándonos únicamente en la configuración inicial de las piezas y los movimientos que realizamos."

Para eso es preciso conocer no sólo la dirección de cada paso que dimos, sino también su velocidad. Las speed cells le indican al sistema a qué velocidad nos movemos.

Kropff, nacido y criado en Bariloche, comenzó este trabajo en 2009, cuando aún estaba en Noruega. En un editorial para la revista Medicina, Guillermo Jaim Etcheverry destaca que investigaciones recientes confirmaron que las células de lugar y las células grilla también están presentes en seres humanos, algo que explicaría por qué pacientes con Alzheimer, en los que el hipocampo y la corteza entorrinal se ven afectados en las etapas iniciales, no reconocen el medio que los rodea.

Para Alejandro Schinder, jefe del Laboratorio de Plasticidad Neuronal del Instituto Leloir, el gran desafío para lograr estos avances es inventar experimentos que nos permitan dialogar con el cerebro y aprender sobre esta complejísima estructura con miles de millones de neuronas. "Es lo que Emilio Kropff y sus colegas lograron con este trabajo, donde descubrieron neuronas que miden la velocidad a la que un animal se desplaza y reportan, además, en qué lugar estará en el futuro cercano. Otras regiones del cerebro luego utilizan esa información para tomar decisiones sobre cómo seguir para alcanzar un objetivo prefijado o continuar la exploración. ¡Seguramente existen mecanismos similares en los humanos! El descubrimiento de Kropff es la aguja en el pajar, lo que uno llamaría un trabajo heroico, una búsqueda minuciosa basada en mucha experiencia y paciencia que sólo se cristaliza cuando se llega «hasta el hueso» del cerebro."

Los científicos ahora esperan que la dilucidación de los engranajes de este GPS interno no sólo arroje información valiosa para encontrar nuevos métodos de tratamiento y diagnóstico, sino también para el diseño de futuras generaciones de sistemas de navegación, al mismo tiempo artificiales e inteligentes.

El autor del hallazgo

Emilio Kropff

Investigador del CONICET

Profesión: neurocientífico

Edad: 37 años

Origen: Argentina

El trabajo le llevó más de 5 años. Realizó los experimentos en el laboratorio del matrimonio Moser, ganadores del Nobel, y el análisis de datos, en la Argentina

Por: Nora Bär

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