Premio Nobel de Medicina 2014: ¿cómo está representado el espacio en nuestro cerebro?

ESTE AÑO EL PREMIO NOBEL EN LA ESPECIALIDAD DE MEDICINA SE ENTREGÓ A UN PAR DE INVESTIGADORES QUE EXPLORARON EL FUNCIONAMIENTO DE NUESTRO “GPS“ INTERNO: LAS PARTES DE NUESTRO CEREBRO QUE NOS PERMITEN UBICARNOS Y NAVEGAR ESPACIALMENTE

Este año el Premio Nobel de Medicina fue otorgado a los neurocientíficos John M. O’Keefe, May-Britt Moser y Edvard I. Moser, por sus fascinantes descubrimientos de células en el cerebro que permiten la representación de los lugares y  navegación espacial, nuestro “GPS interno”. Sus trabajos cientifícos revolucionaron nuestro entendimiento de cómo el cerebro realiza funciones mentales complejas, como sería la percepción de ubicación de nuestro cuerpo en relación con el ambiente y los objetos que nos rodean.

Desde siglos atrás, numerosos filósofos se han cuestionado sobre la naturaleza del espacio. Immanuel Kant dedicó gran parte de su obra a este concepto, desde su “Disertación Inaugural” (1770) apuntaba que:

El espacio es una intuición pura que contiene la forma fundamental de toda sensación externa, no es algo objetivo y real, no es substancia, accidente ni relación, sino algo subjetivo e ideal. Es continuo, y aunque no sea objetivo ni real es, sin embargo, no sólo completamente verdadero respecto a todas las cosas sensibles (sensibilia), sino también el fundamento de toda verdad en la sensibilidad exterior.

Es decir, Kant argumentaba que la noción de espacio era una intuición a priori que existía en nuestra mente independientemente de la experiencia. Muchas décadas después, el psicólogo Edward Tolman (1948), a partir de sus

experimentos con animales, propuso que ellos eran capaces de representar el espacio mediante un mapa cognitivo que incluía relaciones entre los lugares y eventos, lo que les permitía navegar de un lugar a otro. Hay que recordar que en esa época la psicología experimental asumía que todo el comportamiento se podía entender mediante el análisis  de relaciones del tipo estímulo-respuesta; la propuesta de Tolman de un mapa cognitivo se distanciaba fuertemente de este paradigma.

Fue hasta 1971 que John O’Keefe y Jonathon Dostrovsky descubrieron unas neuronas en elhipocampo que se activaban cuando la rata se encontraba en lugares específicos del ambiente, por eso las llamaron “células de lugar” (place cells). O’Keefe mostró que estas células no reflejaban meramente una preferencia sensorial sino que representaban el ambiente de forma holística como una gestalt. Además, sus resultados apuntan a que la actividad combinada de varias neuronas (ensamble de neuronas) pueden codificar, de forma única, los diferentes lugares. El ensamble de neuronas es un concepto teórico que ya antes había sido introducido por Donald Hebb. Sin lugar a dudas, sus hallazgos estimularon numerosos estudios dentro de  la subdisciplina de neurociencia de sistemas, la cual busca relacionar los procesos cognitivos con las respuestas fisiológicas del cerebro al nivel celular y molecular.

Por algún tiempo se creyó que la señal que generaba el campo de lugar preferido para cada neurona de lugar provenía del mismo hipocampo. Sin embargo, estudios con lesiones hipocampales revelaron que la señal provenía de fuera, en específico, de la corteza entorhinal.May-Britt y Edward Moser decidieron registrar las señales de neuronas en la corteza entorhinal y encontraron que las células se activaban en múltiples lugares del ambiente, formando una rejilla de patrón hexagonal y equidistante. A estas neuronas se les llamó células de rejilla (grid cells). Los Moser encontraron que la distancia representada en las células de rejilla variaba a lo largo de la corteza entorhinal, siendo la parte ventral la que albergaba las células con campos más grandes. A partir de estos experimentos se piensa que el cerebro está organizado en módulos funcionales, pudiendo codificar el espacio con rejillas de espacimiento diferente dependiendo de las características del lugar. Además, sus investigaciones identificaron células que responden a la dirección de la cabeza (head direction cell) o al límite del medio ambiente (border cells), siendo importantes para dar noción de ubicación de nuestro cuerpo en relación con el mundo exterior.

Una neurona en acción

Desde tiempo atrás se sabe que el hipocampo está relacionado con los procesos de memoria espacial y episódica. El ejemplo emblemático es el caso de Henry Molaison (mejor conocido como H. M.), un paciente que recibió como tratamiento contra la epilepsia la remoción bilateral de sus hipocampos. Después de la cirugía podía recordar memorias antiguas pero no podía formar memorias nuevas de eventos que él mismo experimentaba; técnicamente, había perdido su capacidad de formar memorias episódicas. Actualmente, está establecido que el deterioro de la formación hipocampal es un marcador anatómico para neuropatologías como la demencia y la enfermedad de Alzheimer. Por otro lado, estudios con fMRI en conductores de taxi en Londres reportan que sus hipocampos son mucho más grandes en comparación con los hipocampos de personas que no tienen que usar la memoria espacial de forma frecuente. La evidencia sugiere que la memoria episódica y espacial están ligadas, pero hasta ahora no existe una teoría que unifique estos dos procesos; partiendo de una idea kantiana, podemos especular que las medidas de espacio y tiempo codificadas en el hipocampo ayudan a anclar las memorias en relaciones temporales de pasado y presente.

Actualmente se sabe que existe una relación recíproca entre las células de rejilla (grid cells) en la corteza entorhinal y las células de lugar (place cells) en el hipocampo. En particular, las células de rejilla forman un sistema de coordenadas espaciales métrico que determina la actividad de las células de lugar en el hipocampo. Los dos tipos de células se han encontrado en otras especies de mamíferos como son ratones, murciélagos y monos. Además, existen estudios en pacientes neurológicos con electrodos implantados en la corteza temporal que indican que los humanos también tenemos células de lugar y de rejilla. Muchos de estos estudios son recientes, menos de una década o si no, un par de años de su publicación, por lo que no deja de sorprender que el comité del Nobel haya elegido galardonarlos. No le resto mérito a sus extraordinarios descubrimientos; sin duda, una de las funciones más complejas del cerebro es su habilidad de navegación espacial, ya que requiere la integración de información multisensorial para poder organizar las memorias y la ejecución del comportamiento de los organismos. Estos tres eminentes neurocientíficos fueron pieza clave para abrir paso a investigaciones biológicas sobre funciones cognitivas, mostrando una vez más que nuestra mente no está separada de nuestro cuerpo biológico.

Twitter de la autora: @hjolko

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