16/07/2015 | CIENCIAS BIOLÓGICAS Y DE LA SALUD
Speed cells: el elemento que faltaba
Identifican por primera vez las células que determinan el movimiento y la velocidad de desplazamiento del cuerpo en el espacio, elementos clave para terminar de configurar el mapa del GPS y la brújula del cerebro.
Emilio Kropff, primer autor del trabajo donde se identifican por primera vez las speed cells. Foto: gentileza Instituto Leloir.

“Tenemos todas las piezas del rompecabezas para armar el mapa del GPS del cerebro. O al menos tenemos todas las que teóricamente hacen falta. Ahora hay que ponerse a armarlo”, dice Emilio Kropff, investigador asistente del CONICET en la Fundación Instituto Leloir y primer autor del trabajo que demuestra por primera vez la existencia de las neuronas speed cells, encargadas de determinar la velocidad de desplazamiento del cuerpo y que fue publicado ayer en la prestigiosa revista Nature.

Kropff hizo su postdoctorado con May-Britt Moser y Edvard I. Moser, dos de los tres ganadores del premio Nobel de Fisiología o Medicina 2014 quienes, junto con John M. O’Keefe, fueron galardonados por sus descubrimientos de células que configuran el sistema de posicionamiento en el cerebro.

“Cuando hablamos de orientación, sería como imaginar nuestra posición en el espacio, metido en un mapa como si uno lo pudiera ver de afuera”, explica Kropff. “Ese tipo de orientación comparte los mismos circuitos neuronales que se ocupan de generar nuevas memorias, y eso tiene que ver con que necesitamos memorizar no solo lo que nos pasó sino donde nos pasó, y por eso vamos construyendo mapas de los lugares que visitamos a medida que nos movemos”, agrega.

El GPS interno está relacionado entonces con la creación de memorias, y para generar esos mapas es necesario recibir diferentes tipos de información relacionados con la posición, dirección y ubicación del cuerpo. Y justamente las redes y vías neuronales involucradas en ambos procesos se encuentran en las mismas regiones del cerebro: hipocampo y corteza entorrinal.

“El primero es como el centro de generación y procesamiento de la memoria y mapas espaciales, mientras que la segunda es el área por la que fluye la información, algo así como la puerta de entrada y salida que comunica con el resto del cerebro”, explica Kropff. Fue en la corteza entorrinal donde se encontró a las speed cells, que son parte de ese entramado que ayuda a determinar la posición del cuerpo en el espacio.

Hasta ahora se habían identificado cuatro tipos de neuronas involucrados en el GPS y la brújula: las place cells o ‘células de lugar’, las grid cells o ‘células de grilla’, las border cells o ‘células de borde’ y las neuronas head direction.

 

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Ahora, con el hallazgo de las speed cells, los investigadores tienen todos los componentes que – teóricamente – integran la red neuronal que ayuda al cerebro a percibir dónde se encuentra, en qué espacio, con qué límites y configuración espacial y a qué velocidad se desplaza.

 

Integración de información

Durante la investigación encontraron que cuando los animales – trabajaron con ratas – se mueven su actividad se traduce y codifica en las grid cells, que arman los mapas espaciales en base a información interna, provista por el resto de las neuronas de la red, como las head direction, las border o las speed.

“En ese conjunto, las verdaderas vedettes de la corteza entorrinal son las grid cells”, dice Kropff. A diferencia de las neuronas place cells, que están en el hipocampo y que forman mapas espaciales nuevos para cada lugar que el individuo visita – por donde pasó, si hay un árbol, una pared, etc. – las grid tienen mapas espaciales pero no guardan ese tipo de información. “No les importa si viste una casa o una planta en el lugar”, analiza Kropff, “y además usan exactamente los mismos mapas para todos los lugares donde va uno”. Es decir, un único plano maestro que aplican a cada lugar.

Ya se sabía que las grid cells usan un mismo mapa para describir cualquier lugar donde están, ahora los investigadores encontraron que las speed cells registran la velocidad de desplazamiento. Pero, a lo largo del estudio, encontraron un dato que sorprendió: las speed cells ‘anticipan’ las acciones en un promedio de 60 milisegundos. “Quiere decir que no están codificando la velocidad a la que se mueve el cuerpo en el momento que disparan el estímulo nervioso, sino la que va a tener en un rato”, dice Kropff.

“Desde hace tiempo se sospechaba que las grid no tenían tanto que ver con las operaciones o temas relacionados con los objetos que se encuentran dentro de un lugar, sino con algo más relacionado con el espacio absoluto. Si quiero medir una distancia o planificar una acción, decir ‘salgo corriendo para allá, doblo a la derecha y llego’, eso no depende mucho de donde estoy en este momento, no interesa si estoy en la playa o la montaña. Depende más bien de las propiedades del espacio. Entonces se sospechaba que las grid servían para hacer operaciones, como la integración de caminos”, recapitula Kropff.

Ahí converge la información que reciben las neuronas desde diferentes fuentes. “Parecería que las grid cells son capaces de codificar el espacio gracias a que calculan la dirección y la velocidad del movimiento y pueden saber cuanto se desplazó el cuerpo. Es una información que no depende nada de lo que el individuo escuche o huela, es decir que no tiene que con los sentidos sino con el conocimiento de cuánto se movió el cuerpo”, asegura.

De acuerdo con el físico, en teoría las grid cells contarían con dos fuentes de información, provistas por las head direction cells y por las speed cells. A su vez, estas últimas recibirían como input la información proporcionada por el sistema vestibular, los datos sensoriales y el sistema motor, por nombrar algunos.

El primero se localiza en el oído interno y está relacionado con el equilibrio y el control espacial. Los segundos no tienen tanto que ver con qué se está observando en un determinado momento, sino con la velocidad a la que se mueve el objeto que se mira, lo cual permite inferir la velocidad a la que se desplaza. Finalmente, el tercero a partir de la información de los movimientos de los músculos podría ayudar al cerebro a determinar a qué velocidad se está moviendo el cuerpo.

“Este trabajo aporta la pieza que faltaba para poder construir el rompecabezas del GPS del cerebro, y ahora hay que dedicarse a armarlo. Aporta conocimientos que antes no se tenían sobre la forma en que el cerebro procesa la información relacionada con el desplazamiento del cuerpo en el espacio”, concluye Kropff.

Emilio Kropff es investigador asistente del CONICET en el Instituto de Investigaciones Bioquímicas de Buenos Aires (IIBBA, CONICET-FIL) e integrante del Laboratorio de Plasticidad Neuronal del Instituto Leloir bajo la dirección de Alejandro Schinder, investigador principal del CONICET.

Realizó su postdoctorado bajo la dirección de los Premios Nobel de Medicina o Fisiología 2014, los profesores May-Britt Moser y Edvard Moser. May-Britt Moser es directora del Centro de Computación Neuronal de Trondheim, en Noruega, y Edvard Moser es director del Instituto Kavli de Sistemas de Neurociencia, en ese mismo país. Además, hizo su doctorado en Neurociencia Cognitiva de la Escuela Internacional Superior de Estudios Avanzados, Trieste, Italia.

  • Por Ana Belluscio.
  • Sobre investigación.
  • Speed Cells in the medial entorhinal cortex. Link al paper aquí.
  • Emilio Kropff. Investigador asistente. IIBBA (CONICET-FIL)
  • James E. Carmichael. Instituto Kavli de Sistemas de Neurociencia y Centro de Computación Neuronal de Trondheim. Noruega.
  • May-Britt Moser. Instituto Kavli de Sistemas de Neurociencia y Centro de Computación Neuronal de Trondheim. Noruega.
  • Edvard I. Moser. Instituto Kavli de Sistemas de Neurociencia y Centro de Computación Neuronal de Trondheim. Noruega.