Durante la navegación de rutina en la vida diaria, nuestros cerebros usan el mapeo espacial y la memoria para guiarnos del punto A al punto B. Igual que la rutina : cometer un error en la navegación que requiere una corrección de rumbo.

Ahora, los investigadores de la Facultad de Medicina de Harvard han identificado un grupo específico de neuronas en una región del cerebro involucrada en la navegación que sufre ráfagas de actividad cuando los ratones que corren por un laberinto se desvían y corrigen su error.

Los hallazgos, publicados el 19 de julio en Nature, acercan a los científicos un paso más a la comprensión de cómo funciona la navegación, al tiempo que plantean nuevas preguntas. Estas preguntas incluyen el papel específico que desempeñan estas neuronas durante la navegación y qué están haciendo en otras regiones del cerebro donde se encuentran.

« La navegación se ha estudiado mucho pero, hasta donde sabemos, esta es la primera vez que identificamos este tipo de señal de corrección de errores », dijo el autor principal Christopher Harvey, profesor asociado de neurobiología en el Instituto Blavatnik en HMS. « Creo que este estudio agrega una nueva dirección en la que podemos ir con la investigación de navegación ».

Hacer una corrección de rumbo

Para comprender la navegación, el laboratorio de Harvey ha estado estudiando la corteza parietal posterior, una región cerca de la parte posterior del cerebro involucrada en el razonamiento espacial, así como en el aprendizaje y la planificación de movimientos. Las células que componen esa región, dijo el equipo, se han mantenido en gran medida como una caja negra.

« Hay todos estos tipos de células diferentes en esa área, pero cuando comenzamos este proyecto, no sabíamos mucho sobre lo que podrían estar haciendo estos tipos de células », explicó el autor principal Jonathan Green, investigador en neurobiología en HMS.

Es esencial dilucidar las funciones de estas diferentes células para comprender cómo trabajan juntas para formar el circuito neuronal que impulsa la navegación en esa región del cerebro.

Para interrogar los tipos de células en la corteza parietal posterior, Green y Harvey recurrieron al colega y coautor del estudio Michael Greenberg, profesor de neurobiología del HMS Nathan Marsh Pusey. Tomaron prestada una herramienta desarrollada en su laboratorio que permite a los científicos etiquetar los tipos de células de una manera más precisa. Los investigadores utilizaron una cápsula viral para inyectar un elemento regulador de genes en la corteza parietal posterior, lo que indujo a un subtipo de neuronas a expresar una proteína fluorescente azul. De esta forma, los investigadores etiquetaron selectivamente estas neuronas para monitorear su actividad.

Con las neuronas etiquetadas, el equipo utilizó una técnica experimental desarrollada en el laboratorio de Harvey que consiste en colocar ratones en un laberinto de realidad virtual : un ratón corre sobre una pelota, mientras que una gran pantalla envolvente muestra una tarea de navegación espacial. En este caso, la tarea consistía en moverse por un laberinto en forma de T para encontrar una recompensa en un extremo. Mientras el ratón realizaba la tarea, los investigadores registraron la actividad neuronal en la corteza parietal posterior.

Los investigadores descubrieron que cuando un ratón cometía y corrigía un error mientras navegaba, el subtipo de neuronas se activaba. Esto se mantuvo incluso cuando guiaron al mouse para que errara, ya sea girando el laberinto o cambiando las señales de color. Sin embargo, si el ratón no cometió un error, o cometió un error pero no lo corrigió, las neuronas no se activaron.

Cuando las neuronas se activaron, lo hicieron al unísono, lo que provocó un experimento de seguimiento en el que los investigadores estimularon las células con luz. Descubrieron que las neuronas están esencialmente conectadas entre sí, lo que significa que la corriente eléctrica que les dice que disparen puede fluir directamente de una célula a la siguiente.

« Todas estas neuronas se activaron juntas justo en estos momentos cuando el ratón se desvió de su ruta y tuvo que corregir para obtener la recompensa, lo que creemos que significa que podrían ser realmente importantes para el aprendizaje o la corrección de las rutas de navegación », dijo Harvey.

¿Una señal más amplia?

Los hallazgos brindan evidencia tentadora de que este subconjunto de neuronas desempeña un papel esencial para ayudar al cerebro a corregir los errores de navegación, pero los investigadores están ansiosos por profundizar en el cómo y el por qué.

Harvey está interesado en saber si esta señal de corrección de errores ayuda al cerebro a aprender rutas de navegación, algo que él llama « una pieza faltante del rompecabezas de cómo ocurre la navegación ». Para explorar esta idea, los investigadores están haciendo experimentos en los que interrumpen la actividad de las neuronas y ven cómo se ve afectada la capacidad de navegación del ratón.

« Queremos averiguar si esta señal está involucrada en las correcciones de conducción momento a momento, o si está actuando en una escala de tiempo más larga al ayudar al circuito a aprender las acciones correctas con el tiempo », dijo Green.

Aunque el estudio se realizó en ratones, Green anotó que los humanos tienen un tipo de célula análoga, por lo que « esta señal de corrección de errores que vemos en los ratones en realidad podría ser bastante relevante para lo que sucede en nuestro cerebro ». Sin embargo, se necesita más investigación para confirmar si este es el caso.

Curiosamente, este subtipo de neuronas también está presente en otras regiones del cerebro que están muy involucradas en la navegación, así como en la corteza visual y el hipocampo, el epicentro del aprendizaje y la memoria. Por lo tanto, a Green le gustaría investigar qué hacen las neuronas en estas otras regiones para comprender si desempeñan un papel más amplio en la corrección de errores y el aprendizaje.

Los investigadores también planean aplicar su enfoque experimental a otros subconjuntos de neuronas en la corteza parietal posterior, muchas de las cuales también están presentes en múltiples regiones del cerebro, con la esperanza de identificar más tipos de células con funciones específicas.

« Si podemos entender qué hacen todos estos subconjuntos de neuronas en diferentes áreas del cerebro, la esperanza es que podamos llegar a algunas funciones generalizadas para las células que nos acerquen a comprender cómo funciona este circuito neuronal, que se replica en todas las áreas del cerebro », dijo Green.

Autoría, financiación, divulgaciones

Otros autores del artículo incluyen a Carissa Bruno, Lisa Traunmüller, Jennifer Ding, Siniša Hrvatin, Daniel Wilson, Thomas Khodadad y Jonathan Samuels de HMS.

La investigación fue apoyada por una beca Lefler, una beca de la Fundación de Investigación de Ciencias de la Vida patrocinada por Vertex Pharmaceuticals, una beca de posdoctorado para pioneros de la Iniciativa de Ciencias del Cerebro de Harvard, una beca a largo plazo del Programa de Ciencias Human Frontier y los Institutos Nacionales de Salud (F32MH118698; DP1 MH125776; R01 NS089521; R01 NS108410; RF1 DA048787; R01 NS028829).

Hrvatin es miembro del consejo asesor científico y Greenberg es consultor de Apertura Gene Therapy.