El cerebro humano, un órgano complejo y fascinante, se encarga de crear mapas mentales que nos permiten orientarnos en el mundo que nos rodea. Esta capacidad es esencial para desplazarnos, reconocer atajos y memorizar espacios familiares. Un reciente estudio liderado por Liset M de la Prida, del Centro de Neurociencias Cajal (CNC-CSIC), en colaboración con el Imperial College de Londres, ha revelado nuevos aspectos sobre cómo se codifica esta información espacial en el hipocampo, una región clave para la orientación y la memoria. Los hallazgos han sido publicados en la revista Neuron.
La investigación ha identificado dos subpoblaciones distintas de neuronas piramidales en ratones: las neuronas superficiales y profundas, que responden a diferentes estímulos durante el movimiento o los cambios en el entorno. Las neuronas profundas son sensibles a alteraciones locales, como la disposición de los muebles en una habitación, mientras que las superficiales mantienen una representación más estable del espacio, enfocándose en elementos globales como la orientación de puertas y ventanas.
Ambos tipos de neuronas operan de manera independiente, lo que permite al cerebro generar representaciones geométricas complementarias y crear mapas del entorno más sofisticados de lo que se había asumido anteriormente. Este avance se inscribe dentro de una línea de investigación que fue reconocida con el Premio Nobel en 2014 a May-Britt y Edvard Moser junto con John O’Keefe por sus descubrimientos sobre las células responsables del posicionamiento cerebral.
Los científicos emplearon laberintos simples para observar cómo las neuronas piramidales profundas respondían mejor a factores como el espacio, velocidad y dirección del movimiento. Curiosamente, estas neuronas reaccionan ante marcas cercanas al sujeto, mientras que las superficiales están más conectadas a pistas visuales dentro del ambiente.
A través de una innovadora técnica llamada imagen celular dual por microendoscopía, desarrollada por primera vez en España en el CNC-CSIC, los investigadores pudieron monitorear simultáneamente la actividad de cientos de neuronas piramidales utilizando sensores de colores diferentes. Esta metodología ha permitido seguir en tiempo real la actividad neuronal tanto superficial como profunda.
Otro aspecto destacado del estudio fue la aplicación de métodos topológicos para desentrañar la estructura abstracta de estos mapas neuronales. Mientras los ratones exploraban su entorno, los mapas generados por la actividad neuronal adoptaban formas tridimensionales similares a anillos. Cuando ocurren cambios ambientales, como mover muebles, las respuestas neuronales varían entre las poblaciones profundas y superficiales, permitiendo al cerebro actualizar su mapa espacial sin perder coherencia.
Las representaciones espaciales creadas por estas dos subpoblaciones neuronales coexisten en paralelo dentro del hipocampo. Esta capacidad para albergar múltiples marcos de referencia resalta la complejidad cognitiva del cerebro. Según Julio Esparza, ingeniero biomédico responsable del análisis del estudio, “los mapas generados conviven entrelazados para representar información global y local”.
Mediante técnicas quimiogenéticas que permiten silenciar temporalmente tipos específicos de células, los investigadores lograron manipular estos mapas neuronales. Esto abre nuevas posibilidades no solo para entender cómo funciona nuestro cerebro sino también para aplicar este conocimiento en técnicas memorísticas como el “palacio de la memoria”, donde los conceptos se asocian a lugares familiares.
Esta investigación financiada por el Ministerio de Ciencia, Innovación y Universidades y Fundación La Caixa podría tener importantes implicaciones futuras para desarrollar tratamientos dirigidos a trastornos neurológicos relacionados con la memoria y orientación, tales como el Alzheimer.