El cerebro crea mapas más precisos de lo que se creía para orientarnos y memorizar

El cerebro humano debe crear mapas internos del entorno para orientarse, moverse, identificar rutas alternativas y recordar ubicaciones. Un estudio liderado por Liset M. de la Prida, del Centro de Neurociencias Cajal (CNC-CSIC), en colaboración con el Imperial College de Londres, aporta una nueva visión sobre cómo el hipocampo, una región clave en la memoria y la orientación, codifica esta información espacial y experiencial. Los hallazgos de la investigación, publicados en la revista Neuron, profundizan en la comprensión de este proceso.

Los científicos del CSIC han descubierto en ratones que dos tipos de neuronas piramidales, diferenciadas por su ubicación en el hipocampo y clasificadas como superficiales y profundas, responden a estímulos distintos durante el movimiento, los giros o los cambios en el entorno.

Las neuronas piramidales profundas reaccionan ante modificaciones locales, como la reubicación de muebles en una habitación, mientras que las superficiales generan representaciones más estables del espacio, atendiendo a elementos globales como la orientación de ventanas y puertas en relación con los puntos cardinales. Esta estabilidad resulta esencial para mantener un marco de referencia coherente del entorno.

La actividad de ambas subpoblaciones neuronales opera de forma independiente, lo que permite que el cerebro cree representaciones geométricas complementarias, generando mapas espaciales más sofisticados y adaptables de lo que se creía hasta ahora.

Este hallazgo se enmarca en la línea de investigación que en 2014 fue galardonada con el Premio Nobel, otorgado a May-Britt y Edvard Moser junto con John O'Keefe, por su trabajo sobre las células de lugar y las células en rejilla, que constituyen la base del sistema de posicionamiento del cerebro. El estudio liderado por De la Prida amplía ese conocimiento y contribuye a entender cómo el hipocampo procesa la información espacial utilizando distintos marcos de referencia.

Espacio, velocidad y dirección

Para realizar el experimento, los investigadores diseñaron laberintos simples, como pasillos con señales visuales y táctiles, por los que los ratones podían desplazarse libremente. Los resultados mostraron que las neuronas piramidales profundas están más sincronizadas con la percepción del espacio, la velocidad y la dirección del movimiento, mientras que las superficiales responden principalmente a referencias visuales dentro del entorno.

«Las neuronas del hipocampo crean representaciones espaciales abstractas que funcionan como un mapa, lo que nos permite orientarnos y recordar experiencias pasadas. Hasta ahora se desconocía cómo cada tipo de neurona contribuye a esta representación, ya que emerge de la actividad conjunta de muchas de ellas. Es como tratar de entender qué músicos en una orquesta marcan el ritmo y cuáles generan la melodía: aunque todos contribuyen al resultado, algunos desempeñan un papel clave», explica De la Prida.

El estudio empleó una técnica innovadora denominada imagen celular dual por microendoscopía, aplicada por primera vez en España en el Centro de Neurociencias Cajal del CSIC. Gracias a este método, fue posible observar simultáneamente la actividad de cientos de neuronas piramidales. «Utilizamos dos sensores de colores distintos para registrar en tiempo real la actividad de las neuronas superficiales y profundas», detalla Juan Pablo Quintanilla, investigador del CNC-CSIC y responsable de estos experimentos.

Un sistema de mapas dinámicos

Otra aportación clave del estudio es el uso de métodos topológicos, una rama de las matemáticas que permite analizar la estructura de los mapas espaciales generados por las neuronas. Mientras los ratones se desplazaban por los pasillos, los patrones de actividad del hipocampo adoptaban la forma de anillos tridimensionales.

Cuando el entorno cambiaba, por ejemplo, al mover o girar muebles dentro de la habitación, las neuronas piramidales superficiales y profundas respondían de manera diferente. Esta diferenciación permite al cerebro actualizar constantemente sus mapas espaciales, asegurando una representación flexible y coherente de la posición y orientación en un espacio cambiante.

Ambas representaciones, la global y la local, coexisten simultáneamente en el hipocampo, una capacidad que resalta la sofisticación de los mapas cognitivos del cerebro. Julio Esparza, ingeniero biomédico responsable del análisis de los datos y primer autor del estudio explica: «Los mapas generados por estas dos subpoblaciones neuronales se entrelazan para representar información global, como el espacio general de una habitación, y detalles locales, como la ubicación de los objetos dentro de ella».

Mediante técnicas quimiogenéticas, que permiten inactivar temporalmente ciertos tipos de células, los científicos lograron manipular los mapas espaciales, girándolos o modificando su estructura al desactivar selectivamente las neuronas superficiales o profundas.

Mejorar la memorización

Este tipo de representaciones espaciales también podrían contribuir a mejorar la memorización de conceptos. Un ejemplo práctico es la técnica del «palacio de la memoria», utilizada por opositores y otros profesionales para recordar información de forma más eficiente. Consiste en imaginar un recorrido por un entorno familiar y asociar cada punto del trayecto con un concepto a memorizar.

El estudio, financiado por el Ministerio de Ciencia, Innovación y Universidades y la Fundación La Caixa, abre nuevas posibilidades para comprender cómo el cerebro representa la información espacial y cómo este conocimiento podría aplicarse en el tratamiento de trastornos neurológicos relacionados con la memoria y la orientación, como el alzhéimer.