Investigadores del Centro de Neurociencias Cajal (CNC-CSIC) han descubierto que el cerebro humano crea mapas espaciales más sofisticados de lo que se pensaba, esenciales para la orientación y la memoria. Liderados por Liset M de la Prida, el estudio revela que dos tipos de neuronas piramidales en el hipocampo responden a diferentes señales: las neuronas profundas se enfocan en cambios locales, mientras que las superficiales mantienen una representación estable del entorno. Este hallazgo, publicado en la revista Neuron, amplía nuestra comprensión sobre cómo el cerebro codifica información espacial y podría tener implicaciones en tratamientos para trastornos neurológicos como el Alzheimer. Para más detalles, visita el enlace.
El cerebro humano, un órgano de complejidad asombrosa, necesita crear mapas mentales del entorno para orientarse y desplazarse con eficacia. Esta necesidad se ha visto reflejada en una investigación dirigida por Liset M de la Prida, del Centro de Neurociencias Cajal (CNC-CSIC), en colaboración con el Imperial College de Londres. Este estudio, publicado recientemente en la revista Neuron, ofrece una nueva visión sobre cómo se codifica la información espacial y experiencial en el hipocampo, una región clave para la memoria y la orientación.
Los científicos han observado que existen dos subpoblaciones distintas de neuronas piramidales en el hipocampo: las superficiales y las profundas. Estas neuronas responden a diferentes señales durante el movimiento o al experimentar cambios en el entorno. Mientras que las neuronas piramidales profundas reaccionan a modificaciones locales, como la disposición de los muebles en una habitación, las superficiales mantienen una representación más estable del espacio, centrada en aspectos globales como la orientación de ventanas y puertas.
Este hallazgo sugiere que ambas poblaciones neuronales operan de manera independiente pero complementaria, lo que permite al cerebro generar representaciones geométricas más sofisticadas y flexibles de su entorno. La investigación se inscribe dentro de un campo que ha ganado reconocimiento desde 2014, cuando May-Britt y Edvard Moser, junto a John O’Keefe, fueron galardonados con el Premio Nobel por sus descubrimientos sobre células responsables de la ubicación y el posicionamiento cerebral.
Utilizando laberintos simples equipados con pistas visuales y táctiles, los investigadores pudieron observar que las neuronas piramidales profundas estaban más sintonizadas con variables como el espacio, la velocidad y la dirección del movimiento. Por otro lado, las neuronas superficiales mostraron mayor actividad relacionada con las señales visuales presentes en el entorno.
“Las neuronas del hipocampo crean representaciones espaciales abstractas que funcionan como un mapa”, explica De la Prida. “Hasta ahora no se comprendía cómo ambos tipos de neuronas contribuían a estos mapas”. Para abordar esta cuestión, los investigadores emplearon una técnica innovadora llamada imagen celular dual por microendoscopía, desarrollada por primera vez en España en el CNC-CSIC. Esta metodología permitió visualizar simultáneamente la actividad neuronal de cientos de neuronas piramidales.
A través del uso de sensores multicolores, los científicos pudieron seguir la actividad tanto de las neuronas superficiales como profundas en tiempo real. Este enfoque ha revelado detalles cruciales sobre cómo estas neuronas interactúan para formar mapas cognitivos precisos.
Un aspecto novedoso del estudio fue la aplicación de métodos topológicos para analizar cómo se estructuran estos mapas neuronales abstractos. Durante los experimentos, se observó que cuando los ratones exploraban su entorno, los mapas generados adoptaban formas tridimensionales similares a anillos. Ante cualquier cambio ambiental —como mover objetos dentro de una habitación— las respuestas neuronales variaban entre las dos poblaciones, lo que permitía al cerebro actualizar su mapa espacial manteniendo coherencia incluso ante alteraciones significativas.
La coexistencia de estas representaciones espaciales dentro del hipocampo destaca su capacidad para manejar múltiples marcos referenciales simultáneamente. “Los mapas generados por estas dos subpoblaciones conviven entrelazados para representar información global y local”, aclara Julio Esparza, ingeniero biomédico involucrado en el análisis del estudio.
Gracias a técnicas quimiogenéticas que permiten silenciar temporalmente tipos específicos de células neuronales, los investigadores lograron manipular estos mapas cognitivos. Esto podría tener aplicaciones prácticas significativas; por ejemplo, facilitando técnicas mnemotécnicas como el "palacio de la memoria", donde conceptos a recordar son situados mentalmente a lo largo de un recorrido familiar.
Esta investigación cuenta con financiación del Ministerio de Ciencia, Innovación y Universidades y Fundación La Caixa. Sus hallazgos abren nuevas posibilidades para comprender cómo procesa y representa el cerebro la información espacial, lo cual podría ser fundamental para desarrollar tratamientos futuros para trastornos neurológicos relacionados con la memoria y la orientación, como es el caso del Alzheimer.