Los mamíferos tienen una especie de brújula 3-D en el cerebro

MADRID, 3 Dic. (EUROPA PRESS) -

   Científicos del Instituto Weizmann, en Israel, han demostrado la existencia de una brújula como en 3-D en el cerebro de los mamíferos.

   Su trabajo, que se publica en la edición de este miércoles de la revista 'Nature', detectó que el cerebro de los murciélagos contiene neuronas que sienten hacia qué camino apunta la cabeza del animal y, por lo tanto, podrían ayudar a la navegación del animal en el espacio en 3-D.

   Los pilotos están entrenados para evitar el vértigo: una pérdida repentina del sentido de la orientación vertical. Salir de una estación de metro puede producir una confusión similar: durante unos momentos, no se sabe qué camino hay que seguir hasta que se recupera el sentido de la orientación. En ambos casos, se cree que la desorientación es causada por un mal funcionamiento temporal de un circuito del cerebro que funciona como una brújula tridimensional (3D).

   La navegación se basa en la memoria espacial: la experiencia pasada de diferentes lugares y este recuerdo se forma principalmente en una estructura cerebral profunda llamada formación del hipocampo. En los mamíferos, tres tipos de células del cerebro, localizadas en diferentes áreas de la formación del hipocampo, forman los componentes clave del sistema de navegación: células "coordenadas" o "lugar", que funcionan como un GPS, permitiendo realizar un seguimiento de su posición; y células "dirección de la cabeza", que responden siempre a dónde apunta la cabeza del animal en una dirección específica, actuando como una brújula.

   Se han llevado a cabo muchas investigaciones en las primeras células, cuyos descubridores fueron galardonados con el Premio Nobel 2014 de Fisiología o Medicina, pero hasta hace poco tiempo, se han estudiado las células de la dirección de la cabeza sólo en dos dimensiones en ratas y se sabe muy poco sobre codificar la dirección de la cabeza en 3-D en el cerebro.

   Para estudiar el funcionamiento de las células de dirección de la cabeza en tres dimensiones, los científicos del Instituto Weizmann desarrollaron un aparato de seguimiento que les permitió a monitorizar por vídeo los tres ángulos de rotación de la cabeza y observar los movimientos de comportamiento de los murciélagos de la fruta egipcios. Al mismo tiempo, se controló la actividad neuronal de los murciélagos mediante microelectrodos implantados.

   Las grabaciones realizadas con la ayuda de estos microelectrodos revelaron que en una subregión específica de la formación del hipocampo las neuronas están sintonizadas con un ángulo 3-D particular de la cabeza: ciertas neuronas llegaron a activarse sólo cuando la cabeza del animal señaló en ese ángulo 3-D. El estudio también reveló por primera vez cómo el cerebro calcula un sentido de la dirección vertical, integrándose con la horizontal.

   En la brújula neural, estas direcciones se calculan por separado, en diferentes niveles de complejidad: las células de la dirección de la cabeza en una región de la formación del hipocampo llegaron a activarse en respuesta a las de la orientación del murciélago con respecto a la superficie horizontal, es decir, facilitar la orientación del animal en dos dimensiones, mientras que las células que responden al componente vertical del movimiento del murciélago, es decir, una orientación 3D, se encuentran en otra región.

   Los investigadores creen que las células de dirección 2-D podrían servir para el movimiento a lo largo de superficies, como ocurre en los seres humanos cuando se conduce un coche, mientras que las células en 3-D podrían ser importantes para las maniobras complejas en el espacio, como subir a las ramas de los árboles o, en el caso de los seres humanos, moverse a través de edificios de varios pisos o pilotar una aeronave.

   Con más experimentos sobre los murciélagos que cuelgan cabeza abajo, los científicos fueron capaces de aclarar cómo se calculan exactamente las señales de la dirección de la cabeza en el cerebro del murciélago. Resultó que estos cálculos se realizan de una manera que puede ser descrita por un sistema excepcionalmente eficiente de coordenadas matemáticas, cuyo término técnico es "toroidal". Gracias a este método de cálculo utilizado por el cerebro, los murciélagos pueden orientarse eficazmente en el espacio si mueven la cabeza hacia arriba o hacia abajo.

   Esta investigación apoya la idea de que las células de dirección de la cabeza en la formación del hipocampo sirven como brújula neural 3-D. Aunque el estudio se realizó en los murciélagos, los científicos creen que sus hallazgos deberían aplicarse también a los mamíferos no voladores, incluyendo ardillas y monos que saltan entre las ramas de los árboles, así como los seres humanos. "Este modelo se puede aplicar a otras especies que experimentan 3-D en un sentido más limitado", escribe el profesor May-Britt Moser, uno de los premios Nobel 2014, en un artículo en 'Nature'.