Francis en ¡Eureka!: El hipocampo de humanos, ratas y murciélagos

Dibujo20130421 cognitive map and memory stored in hippocampus - inside de brain

El audio de mi sección ¡Eureka! en La Rosa de los Vientos, Onda Cero, ya está disponible. Si te apetece escucharlo, sigue este enlace (se corta en el minuto 7:31, puedes escucharlo completo a partir del minuto 02:08:00 en el programa completo). Como siempre una transcripción libre del audio.

El cerebro es fascinante y fuente de múltiples noticias científicas. Esta semana ha sido noticia una parte del cerebro llamada hipocampo que actúa como un sistema GPS que nos permite movernos por nuestro entorno. ¿Qué es esta parte del cerebro llamada hipocampo? El hipocampo es una parte del cerebro con forma de letra “S” que recuerda a un caballito de mar, de ahí su nombre. En el cerebro humano hay dos hipocampos, uno en el hemisferio izquierdo y otro en el derecho. Cada uno está formada por unos 20 millones de neuronas, aunque el número depende de la edad y de otros factores, como la profesión. Los oyentes recordarán el caso de los taxistas de Londres, que tienen que aprenderse un gran número de lugares y las rutas más rápidas entre estos lugares; en el año 2000 se publicó un estudio que demostraba que el hipocampo de los taxistas de Londres está más desarrollado y tiene mayor volumen que el de una persona normal. En los años 1970, se lanzó la hipótesis de que hipocampo almacena un “mapa cognitivo,” es decir, una representación neuronal de nuestra posición y orientación en el espacio (por ejemplo, del salón de nuestra casa o del camino hasta nuestro lugar de trabajo). Múltiples estudian han demostrado que hay neuronas en el hipocampo que actúan como “células de posición” que disparan potenciales de acción cuando nos encontramos en cierto lugar; diferentes neuronas representan diferentes lugares y las neuronas próximas entre sí representan lugares próximos entre sí. Según la hipótesis del “mapa cognitivo,” el hipocampo actúa como el sistema GPS que guía nuestro coche.

En un coche el GPS además de un mapa de carreteras tiene una voz en off que nos va diciendo qué ruta debemos tomar, ¿actúa el hipocampo también de esta forma? Un nuevo estudio publicado esta semana en la prestigiosa revista Nature así lo afirma. Estudiar un gran número de neuronas del hipocampo de manera simultánea y en vivo es muy difícil. Los neurocientíficos Brad Pfeiffer y David Foster, de la Facultad de Medicina de la Universidad Johns Hopkins, en Baltimore, EEUU, han logrado registrar la actividad simultánea de 250 neuronas del hipocampo de una rata con una resolución temporal de 20 milisegundos. La rata es un animal modelo del cerebro humano y se ha registrado la actividad de su hipocampo mientras se movía por un laberinto. En el hipocampo de las ratas hay “neuronas de posición” que representan diferentes lugares del laberinto. Los dos neurocientíficos de Baltimore han descubierto que cuando la rata está decidiendo qué camino tomar, estas neuronas se disparan en una secuencia que representa los lugares que más tarde seguirá la rata en su recorrido por el laberinto. Además, han demostrado que la rata no recuerda dicho camino, pues incluso lo hace cuando el animal no ha tomado ese camino con anterioridad. Se trata de una “vocecita” análoga a la “voz en off” del GPS del coche que indica al conductor qué debe hacer.

Dibujo20130421 bats and rats - hippocampus cognitive maps in 3D and 2D

El artículo técnico es Brad E. Pfeiffer y David J. Foster, “Hippocampal place-cell sequences depict future paths to remembered goals,” Nature, AOP 17 Apr 2013; en español, recomiendo leer a Javier Sampedro, “Un GPS en el cerebro. La navegación por el espacio se basa en la activación secuencial de neuronas del hipocampo,” El País, 17 Abr 2013.

El mapa del laberinto que almacena la rata en su hipocampo es un mapa en dos dimensiones, sin embargo, el mundo que nos rodea es tridimensional. ¿Se sabe si el hipocampo también representa un mapa tridimensional del mundo que nos rodea? Estudiar de forma simultánea muchas neuronas del hipocampo no es fácil, por lo que es difícil contestar a esta pregunta estudiando el cerebro de una rata mientras se mueve subiendo y bajando escaleras en un espacio tridimensional. Para este tipo de estudios los neurocientíficos prefieren utilizar murciélagos. Un estudio de los neurobiólogos Michael Yartsev y Nachum Ulanovsky del Instituto Weizmann de Ciencia, en Israel, que se ha publicado en la revista Science esta semana, parece confirmar la hipótesis de que el hipocampo de los murciélagos almacena una representación tridimensional del entorno. La actividad de 139 neuronas de posición del hipocampo de murciélagos de la fruta ha sido registrada mientras volaban en una gran jaula y esta información era enviada a un ordenador mediante un sistema de transmisión inalámbrico. Al comparar la actividad de estas neuronas y los movimientos del murciélago grabados mediante una cámara de vídeo se ha podido ratificar que la posición tridimensional de las neuronas de su hipocampo representa un mapa tridimensional de su entorno. La neuronas de posición que están colocadas a la izquierda o a la dercha, o delante o atrás, o debajo o encima de otras neuronas de posición se activan cuando el murciélago vuela en estas tres direcciones del espacio.

El artículo técnico es Michael M. Yartsev, Nachum Ulanovsky, “Representation of Three-Dimensional Space in the Hippocampus of Flying Bats,” Science 340: 367-372, 19 Apr 2013. Ver también Caswell Barry, Christian F. Doeller, “3D Mapping in the Brain,” Science 340: 279-280, 19 Apr 2013.

Dibujo20130421 bats - rats - theta waves

Demostrar que en los murciélagos el hipocampo utiliza un mapa tridimensional no significa que las ratas o que los humanos también lo utilicen. ¿Se sabe algo al respecto? Por ahora no se sabe si los mecanismos que utiliza el hipocampo de los murciélagos para representar el espacio tridimensional son los mismos que los que utiliza una rata para representar un mapa bidimensional. Mucha gente dice que un murciélago es un ratón con alas, aunque la teoría de la evolución nos dice que ambas especies divergieron hace unos 90 millones de años a partir de un antecesor común. Por lo que el hipocampo ha tenido mucho tiempo de evolucionar de forma diferencial en ambos animales. Un estudio del neuropsicólogo Michael Hasselmo, de la Universidad de Boston, EEUU, y varios colegas parece indicar que hay diferencias entre la actividad neuronal del hipocampo de los murciélagos y de las ratas. Las ondas de potenciales de acción entre neuronas se clasifican según su frecuencia en ondas delta, por debajo de 3,5 Hz, ondas theta, por debajo de 7,5 Hz, ondas alfa, por debajo de 13 Hz, y ondas beta, por debajo de 28 Hz. Resulta que la interferencia entre ondas theta de las neuronas de posición del hipocampo de los murciélagos es diferente a las del de la rata. Todavía es pronto para afirmar que esta diferencia indique que el hipocampo de las ratas no puede almacenar información tridimensional como el de los murciélagos. Pero parece claro que aunque los murciélagos parezcan ratones con alas, hay más diferencias en la actividad neuronal de su hipocampo de lo que se pensaba. Por ello, por ahora no podemos saber si el hipocampo humano almacena un mapa tridimensional del entorno o solo un mapa bidimensional.

James G. Heys, Katrina M. MacLeod, Cynthia F. Moss, Michael E. Hasselmo, “Bat and Rat Neurons Differ in Theta-Frequency Resonance Despite Similar Coding of Space,” Science 340: 363-367, 19 Apr 2013.

¿Qué aplicaciones médicas pueden tener estos trabajos neurocientíficos sobre el hipocampo? Todavía es pronto para hablar de aplicaciones biomédicas. Sin embargo, se sabe que los problemas de memoria y la desorientación de los enfermos con Alzheimer son debidos a daños en el hipocampo, que es una de las primeras regiones del cerebro que daña esta enfermedad. Los nuevos estudios que nos permitan conocer mejor cómo funciona el hipocampo podrían tener aplicaciones biomédicas futuras en el tratamiento de esta enfermedad mediante implantes neuronales.

Lo dicho, si no has escuchado el audio, sigue este enlace (se corta en el minuto 7:31, puedes escucharlo completo a partir del minuto 02:08:00 en el programa completo). Como siempre una transcripción libre del audio.

PS (2 may 2013): Recomiendo leer también Brandy Schmidt, A. David Redish, “Neuroscience: Navigation with a cognitive map,” Nature 497: 42-43, 02 May 2013.

2 Comentarios

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jorge luis almendras merellojorge luis almendras merello

interesante informaciòn, aunque un poquitin compleja, pero interesante

Luis Segura LafarjaLuis Segura Lafarja

Ne queda claro que, el Hipocampo, nos conduce, nos orienta y nos sitúa debidamente, guardando memoria de nuestros laberintos cotidianos. Muchas Gracias y un afectuoso saludo.

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