Investigadores identifican una red ‘súper calculadora’ en el cerebro humano
La investigadora Charlotte Boccara (a la derecha) de la Universidad de Oslo encontró «células nerd». Aquí con la investigadora Solomiia Korchynska. Crédito: Cecilie Bakken Hoestmark, UiO
¿Estás impresionado cuando la NASA logra calcular el tiempo y la velocidad de la trayectoria de un cohete? Un nuevo estudio de la Universidad de Oslo muestra que tu cerebro tiene un «centro nerd» capaz de realizar cálculos aún más complejos.
Si, tarde en su camino al trabajo, ve venir el autobús y corre para alcanzarlo mientras lleva su taza de café, probablemente le haya ganado a la NASA. Las células nerviosas de tu cerebro realizan miles de millones de cálculos matemáticos complicados para calcular tu velocidad, posición y dirección. Durante años, esta capacidad del cerebro para calcular tales parámetros ha sido un misterio.
Después de cinco años de investigación sobre la teoría de la red atractora continua, o CAN, Charlotte Boccara y su grupo de científicos en el Instituto de Ciencias Médicas Básicas de la Universidad de Oslo, ahora en el Centro de Medicina Molecular de Noruega (NCMM), han hecho un gran avance.
«Somos los primeros en establecer claramente que el cerebro humano en realidad contiene tal «células nerd» o «supercalculadoras» propuestas por la teoría CAN. Encontramos células nerviosas que codifican la velocidad, la posición y la dirección, todo a la vez», dice Boccara.
1400 células nerviosas
Boccara analizó 1.400 células nerviosas registradas en ratas de manera distribuida en varias áreas del cerebro. Junto con Ph.D. su colega Davide Spalla y el investigador Alessandro Treves, recientemente publicó un artículo en Nature Communications titulado «Células de velocidad angular y lineal en los circuitos parahipocampales».
«Equipamos ratas con pequeñas sondas cerebrales que contenían electrodos muy delgados que podían leer su actividad cerebral. Después, eran libres de moverse en un laberinto en busca de golosinas. Podíamos seguir sus movimientos con una cámara y así correlacionar sus acciones con la actividad de las muchas células nerviosas de las que estábamos grabando», explica Boccara. .
El grupo de investigación de Boccara utilizó una forma avanzada de análisis de datos para investigar a fondo lo que sucedía en todas las capas corticales de varias áreas del cerebro. Esto implicó el examen sistemático de vastos conjuntos de datos. Esta nueva investigación es la continuación del trabajo pionero de John O’Keefe, May-Britt y Edvard Moser (Premio Nobel de Medicina, 2014), que muestran que las células nerviosas individuales pueden codificar un sistema de coordenadas de navegación, el sistema GPS del cerebro.
Una pieza faltante del rompecabezas que podría ser importante para la investigación del Alzheimer
La teoría CAN que estudia Boccara había sido muy popular entre los científicos durante décadas. En pocas palabras, propone que cuando nos desplazamos, nuestro mapa mental o representación del lugar en el que nos encontramos se actualice constantemente según nuestra nueva posición. La teoría CAN plantea la hipótesis de que una capa oculta de células nerviosas realiza operaciones matemáticas complejas y recopila grandes cantidades de información sobre velocidad, posición y dirección, tal como lo hacen los científicos de la NASA cuando ajustan la trayectoria de un cohete.
«Anteriormente, la existencia de la capa oculta era solo una teoría para la que no existía una prueba clara. Ahora hemos logrado encontrar pruebas sólidas de la existencia real de ese ‘centro nerd’ del cerebro», dice el investigador, y como tal completamos un pieza del rompecabezas que faltaba.
El área donde Boccara y su equipo encontraron esta capa oculta es precisamente la parte del cerebro que se deteriora primero al inicio de la enfermedad de Alzheimer.
“Nuestros hallazgos son importantes porque estas células nos dicen dónde estamos y cómo nos movemos. Si dejan de funcionar, uno se pierde”, explica Boccara. La comprensión de los mecanismos internos de la codificación del cerebro se puede aplicar posteriormente para desarrollar nuevas terapias.
¿Por qué las células nerviosas descubiertas por Boccara se distribuyen en diferentes partes del cerebro? ¿Y tal vez pueden realizar varias tareas diferentes?
«Aquí, tenemos una serie de teorías: ¿Funcionan algunas celdas como respaldo, o realizan cálculos separados, es decir, algunas celdas planifican mientras otros reaccionan a experiencias previas?» pregunta ella.
En todo momento, el cerebro es bombardeado con experiencias sensoriales (vista, sentimientos, oído). Debe dar sentido a este caos para crear una imagen coherente con los recuerdos de situaciones similares vividas anteriormente para ajustar las propias acciones. Por ejemplo, veo que viene el autobús, puedo sentir que el café está caliente; ¿A qué velocidad puedo correr para alcanzar el autobús sin quemarme?
En los últimos años, la comunidad de investigadores ha demostrado que las áreas del cerebro que le interesan a Boccara están involucradas en muchas más tareas más allá del mapeo de la posición espacial. Las células nerviosas allí también pueden mapear sonidos y recompensas. Ahora, se pregunta si las células que encontraron son capaces de realizar otras tareas, además de calcular la velocidad y la dirección.
«Pero cómo se perciben estos fenómenos cambia dependiendo de las experiencias que tengas. Por ejemplo, el La forma en que percibes el nombre Ola cambiará significativamente si te encuentras con un Ola que se convierte en tu pareja. Por lo tanto, el proceso de categorización debe actualizarse a medida que pasa el tiempo y el centro nerd también puede estar involucrado en este proceso. Este es un campo interesante para seguir investigación», dice Boccara.
Boccara ahora quiere descubrir cómo el mal dormir afecta la capacidad de cálculo de las células nerd.
«Me pregunto si la razón por la cual el cerebro funciona más lentamente cuando hemos dormido muy poco tiene algo que ver con la actividad anormal de estas células», dice.
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Las celdas de cuadrícula crean un «mapa del tesoro» en el cerebro de una rata Más información: Davide Spalla et al, Células de velocidad angular y lineal en los circuitos parahippocampales, Nature Communications (2022). DOI: 10.1038/s41467-022-29583-z Información de la revista: Nature Communications
Proporcionado por la Universidad de Oslo Cita: Los investigadores identifican una red de «supercálculo» en the human brain (28 de abril de 2022) recuperado el 29 de agosto de 2022 de https://medicalxpress.com/news/2022-04-super-calculating-network-human-brain.html Este documento está sujeto a derechos de autor. Aparte de cualquier trato justo con fines de estudio o investigación privados, ninguna parte puede reproducirse sin el permiso por escrito. El contenido se proporciona únicamente con fines informativos.