Científicos identifican neuronas especializadas en registrar la velocidad y trazar rutas

AGENCIA FAPESP/DICYT – Más de una década después de la descripción del papel de las neuronas piramidales en la representación mental que el cerebro efectúa del espacio y de nuestra localización, un equipo de científicos brasileños y estadounidenses ha efectuado ahora un importante aporte a la investigación de esa especie de sistema de navegación embutido en el cerebro. Los investigadores identificaron un subtipo de estas células capaz de registrar con gran precisión la velocidad de un individuo.

“Demostramos en un estudio con animales la relación entre la actividad eléctrica de ciertas interneuronas inhibitorias y la representación cerebral de la velocidad”, dijo el neurocientífico Alexandre Kihara, de la Universidad Federal del ABC (en el estado de São Paulo, Brasil), uno de los coautores de artículo con los principales resultados del estudio, publicado en la revista Scientific Reports, del grupo Nature.

Las neuronas excitatorias y las interneuronas inhibitorias se alojan en el hipocampo, una estructura bilateral del cerebro situada en la zona del lóbulo temporal (atrás de las orejas), que está asociada a la formación de nuevas memorias, al aprendizaje, a la emoción y, tal como se supo más recientemente, a la representación espacial. Mientras que las neuronas excitatorias activan a otras neuronas, las inhibitorias bloquean o dificultan dicha acción. Su actividad conjunta se encarga entre otras cosas de modular la señalización en áreas del cerebro, evitando así el exceso de actividad asociado a las convulsiones, por ejemplo.

“Si bien todas actúan en la codificación del espacio, observamos que las neuronas inhibitorias poseen algunas otras funciones distintas”, explica Juliane Midori Ikebara, licenciada en ciencia y tecnología y doctora en neurociencia y cognición por la UFABC. La investigadora es la autora principal del estudio, junto a Peter Schuette, del Departamento de Psicología de la Universidad de California en Los Ángeles (UCLA), Estados Unidos.

Mediante imágenes de la actividad neuronal grabadas en video, los investigadores también observaron que la población de neuronas inhibitorias reacciona a los cambios en el ambiente (tales como alteraciones de trayectoria o de tamaño) de manera diferente. “Son más estables que las neuronas excitatorias, que en ciertas ocasiones alteran la codificación de posición como respuesta a las modificaciones en el ambiente”, dijo Kihara.

De acuerdo con los investigadores, este comportamiento se desconocía y puede estar asociado a la memoria espacial. “Puede ser que esas neuronas más estables estén vinculadas a la capacidad de recordar trayectos o la localización del living o del baño cuando nos despertamos en la misma casa, por ejemplo”, dijo Kihara, quien dirigió a Midori Ikebara en su doctorado.

En la práctica, este fue el primer estudio que pone en evidencia las funciones de las células inhibitorias, que representan menos del 10 % de las neuronas piramidales, comenta Midori Ikebara. La idea de estudiar estas células surgió durante el período de doctorado sándwich, realizado entre los años 2020 y 2021 en Estados Unidos. Becaria de la FAPESP, ella pasó esa temporada en el laboratorio liderado por el profesor Avishek Adhikari −en California−, autor corresponsal del artículo publicado en Scientific Reports, para aprender a construir el microscopio en miniatura utilizado para registrar la actividad eléctrica de las neuronas.

El Miniscope, desarrollado en la Universidad Stanford, también en California, se vende a precios prohibitivos. “Pero hace alrededor de siete años, un grupo de la UCLA abrió el artefacto, vio qué tenía dentro y expuso gratuitamente los planos de construcción, con recetas muy bien especificadas para montarlo y usarlo. Merced a ello, centenas de investigadores de otros países lograron tener acceso a esa tecnología”, dijo Adhikari, quien vivió en São Paulo.

Aparte del microscopio en miniatura construido por Midori Ikebara, quien llevó esa tecnología a la UFABC, el estudio de la actividad eléctrica de las neuronas de roedores abarcó biosensores y algoritmos. “Primeramente, se les inyectó a los ratones un virus que carga instrucciones para infectar a las células y hacerlas producir una proteína que se vuelve fluorescente en presencia de una mayor cantidad de calcio, lo que sucede cuando se activan las células”, dijo Midori Ikebara. Posteriormente, se les puso una lente cilíndrica sobre el hipocampo y el microscopio en miniatura quedó sujeto arriba de sus cabezas para documentar la actividad neuronal. Durante el experimento, los animales quedaron ubicados en cajas sujetas a alteraciones de trayectos y redimensionamientos de tamaño.

Al cabo de centenas de horas de filmaciones, los investigadores aplicaron la teoría de la información y algoritmos para mapear las neuronas activadas con relación a la posición de los ratones en las cajas. “Vimos que era posible prever con suma precisión dónde estaban los animales en el ambiente solamente con observar el mapa de las neuronas activadas eléctricamente, sin necesidad de ver los videos”, dijo Adhikari.

Según Midori Ikebara, estos hallazgos ayudan a entender de qué manera las personas trazan y retienen la información sobre trayectos y aprenden nuevas localizaciones. Con base en trabajos anteriores, en los cuales se estudió el efecto de la privación de oxígeno durante el nacimiento en el cerebro de ratas adultas, Midori Ikebara comenta que los actuales resultados sugieren caminos tendientes a investigar la dificultad de aprender nuevos trayectos y localizaciones por parte de personas que padecen enfermedades neurodegenerativas, tales como el mal de Alzheimer.

Se observó que la privación de oxígeno durante el nacimiento puede ocasionar déficits de memoria espacial, una situación en la cual también se detectaron alteraciones en las neuronas inhibitorias. El doctorado de Midori Ikebara se concretó en el Programa de Posgrado en Neurociencia y Cognición de la UFABC, bajo la dirección de Kihara y de la profesora Silvia Takada.