Los científicos analizan cómo el hipocampo puede contabilizar los pasos dados y el tiempo transcurrido incluso en ausencia de visión
¿Alguna vez ha caminado por su hogar en completa oscuridad sin tropezar con ningún objeto, ubicando con precisión la puerta, el sofá o el interruptor de la luz? No es un truco ni una capacidad sobrenatural. Es el cerebro realizando cálculos invisibles, y ahora la ciencia ha logrado desvelar los mecanismos exactos detrás de este proceso.
Una investigación reciente, publicada en la revista Nature Communications y dirigida por expertos del Max Planck Florida Institute for Neuroscience, ha revelado que el cerebro humano (y el de otros mamíferos) posee un tipo de código secreto que le permite medir distancias y el paso del tiempo sin depender de señales visuales externas. Este descubrimiento podría tener repercusiones fundamentales para comprender dolencias como el alzhéimer.
Este mecanismo se denomina ‘path integration’ o integración del trayecto. Consiste en la habilidad del órgano pensante para actualizar continuamente nuestra ubicación en el espacio sumando movimientos propios, tales como pasos, giros y velocidad. Es, básicamente, un GPS interno biológico que opera incluso en ausencia de referencias visuales.
Durante décadas se consideró que esta capacidad dependía principalmente de un conjunto de neuronas localizadas en el hipocampo, descubiertas en los años 70. Estas neuronas, llamadas legítimamente ‘células de lugar’, se activan cuando la persona o animal se encuentra en ubicaciones específicas. Sin embargo, en entornos con abundantes estímulos sensoriales (luces, sonidos, olores…), identificar el motivo exacto de su activación resultaba complicado, por lo que para esclarecer esta duda, los científicos idearon un experimento sin ninguna señal externa.
El experimento
Los investigadores adiestraron a un grupo de ratones en laboratorio para recorrer una distancia determinada dentro de un entorno de realidad virtual completamente gris, carente de objetos, colores o sonidos. El objetivo era que los roedores no tuvieran referencias externas. Los animales recibían recompensa al completar correctamente la distancia, y la única manera de lograrlo era contando sus propios pasos y el tiempo transcurrido.
Mientras los ratones corrían, los científicos monitoreaban la actividad de miles de neuronas en el hipocampo, observando su comunicación a través de pequeños impulsos eléctricos. Posteriormente, emplearon modelos computacionales avanzados con inteligencia artificial para desentrañar esta compleja red neuronal.
Lo que observaron fue sorprendente. Se constató que solo un pequeño porcentaje de neuronas se activaba en ubicaciones o momentos específicos, como sucede con las conocidas células de lugar o tiempo. En cambio, la mayoría de las neuronas seguía uno de dos patrones opuestos. Por un lado, un grupo incrementaba abruptamente su actividad al iniciar el movimiento, como si señalara el comienzo de un cronómetro interno, para luego disminuir gradualmente conforme el animal avanzaba. Por otro lado, otras neuronas actuaban al revés: su actividad descendía al comenzar el desplazamiento pero aumentaba progresivamente con cada paso.
Ambos esquemas conformaban un sistema de rampas de actividad neuronal que permitía contabilizar la distancia recorrida o el tiempo transcurrido; cuanto más lejos o más tiempo pasaba, más variaba la actividad. Esto indica que el cerebro no depende únicamente de mapas espaciales visuales, sino que también puede codificar espacio y tiempo interno utilizando este sistema como base invisible.
Cuando los científicos interrumpieron estos patrones alterando las redes neuronales responsables, los ratones no pudieron cumplir la tarea. No sabían cuándo detenerse ni dónde se encontraba la recompensa, confirmando así la importancia esencial de estos patrones para el comportamiento.
Un código oculto y versátil
Este descubrimiento cuestiona la idea de que el hipocampo codifica el espacio solo mediante ‘lugares’ fijos. Más bien, utiliza varias estrategias, demostrando que la distancia puede representarse de una forma diferente a la codificación clásica basada en lugares, según los autores.
“Hemos demostrado que el cerebro codifica la distancia o el tiempo requeridos para resolver esta tarea por medio de neuronas que muestran patrones de actividad creciente”, explicó Raphael Heldman, autor principal del estudio. “Es la primera vez que se evidencia que la distancia se representa de manera distinta a la conocida codificación basada en la ubicación del hipocampo”.
¿Cuál es la relevancia de esto? Porque la memoria no funciona como una fotografía, sino como una película. Si el cerebro pierde la capacidad de medir internamente el tiempo y la distancia, también podría fallar en organizar los recuerdos en secuencia. De hecho, uno de los primeros síntomas del alzhéimer es la desorientación espacial. Las personas con esta enfermedad neurodegenerativa progresiva pueden perderse en lugares conocidos o no recordar cómo llegaron a cierto sitio, lo que podría deberse a un mal funcionamiento inicial en el sistema cerebral que codifica tiempo y distancia. ¿Será posible fortalecer estas neuronas?