Okeef, el premio Nobel y el ¡®GPS cerebral¡¯

En marzo de 1986, al regreso de una estancia en el departamento de psicolog¨ªa experimental de la universidad de Oxford, realic¨¦ una visita al laboratorio del neurocient¨ªfico John O¡¯keef, en el University College de Londres. All¨ª se profundizaba entonces en el descubrimiento de unas neuronas del cerebro de la rata que se activaban selectivamente cuando el animal se situaba en determinados lugares del espacio en que se mov¨ªa. Como la mayor¨ªa de cient¨ªficos del ramo, yo estaba sorprendido por ese descubrimiento y quise aprovechar la ocasi¨®n para conocer de primera mano el lugar y el modo en que ten¨ªa lugar el inusitado hallazgo. Recuerdo que O¡¯keef me recibi¨® muy amablemente y me ense?¨® la habitaci¨®n de su laboratorio donde se hac¨ªan los experimentos. El lugar me sorprendi¨®, pues era una especie de espacio circular, de aproximadamente metro y medio de di¨¢metro, rodeado por cortinas negras, donde colgaban del techo objetos varios como bol¨ªgrafos o cepillos de dientes que supe serv¨ªan como puntos de referencia para que las ratas pudieran orientarse cuando se mov¨ªan en ese espacio.

Pero lo que a m¨ª m¨¢s me interesaba era conocer los dispositivos mec¨¢nicos desarrollados en aquel laboratorio para poder alcanzar con electrodos neuronas individuales del interior del peque?o cerebro de la rata y registrar su actividad. O¡¯keef me ense?¨® uno de sus dispositivos, un complejo microdrive que llam¨® poderosamente mi atenci¨®n por lo sofisticado que me pareci¨® en aquel tiempo. Me explic¨® sus caracter¨ªsticas y funcionamiento y yo, concibiendo la posibilidad de desarrollarlo en nuestro propio laboratorio de la Universidad Aut¨®noma de Barcelona, le ped¨ª que me regalara uno de ellos ya usado, uno que ya no le sirviera. Al parecer, eso ya era mucho pedir, por lo que ¨¦l, amablemente, me lo neg¨® con alguna justificaci¨®n que ahora no recuerdo. Pero yo no pod¨ªa irme de all¨ª con las manos vac¨ªas, por lo que cuando nos despedimos y dej¨¦ el laboratorio me acuerdo que me fui inmediatamente a un parque, busqu¨¦ un lugar c¨®modo donde sentarme, saqu¨¦ mi cuaderno de notas t¨¦cnicas utilizado en Oxford y empec¨¦ a dibujar el mencionado microdrive con todo el detalle que mi memoria y habilidad pict¨®rica me lo permiti¨®. Ahora he sentido una especial emoci¨®n, cuando, tras conocer que John O¡¯keef y otros colegas han sido galardonados con el Premio Nobel de Medicina y Fisiolog¨ªa por aquellos experimentos, he podido encontrar aquel dibujo en mis viejos cuadernos de notas cient¨ªficas (dibujo adjunto).

Dispositivos como el mencionado son los que originalmente sirvieron a O¡¯keef y otros investigadores para descubrir las llamadas c¨¦lulas de lugar (place cells) en el hipocampo de la rata, una regi¨®n del cerebro implicada en la formaci¨®n de la memoria. Las c¨¦lulas de lugar son neuronas que se activan, es decir, que emiten peque?as descargas el¨¦ctricas, cuando el animal se halla en un determinado lugar de su entorno, como si cada una o un conjunto de esas neuronas hubiesen aprendido a representar ese lugar. Con la pr¨¢ctica y el aprendizaje esas neuronas pueden cambiar su representaci¨®n, dejando de representar un lugar para representar otro diferente. Adem¨¢s, las c¨¦lulas de lugar pueden asociarse para representar una trayectoria o ruta planeada por las ratas. Eso significa que mediante estas c¨¦lulas el hipocampo puede funcionar como un GPS que le indica a la rata no s¨®lo d¨®nde est¨¢ sino cual es el camino a seguir para llegar a un determinado lugar.

Aunque parezca incre¨ªble, la actividad del hipocampo de una rata puede servir a los investigadores para adivinar su intenciones cuando est¨¢ a punto de decidir si tomar el camino de la derecha o el de la izquierda para llegar a la comida en un laberinto. Se ha comprobado que justo antes de tomar esa decisi¨®n las neuronas de su hipocampo se activan en las diferentes secuencias correspondientes a la trayectoria de cada posible camino. Se observan adem¨¢s m¨¢s reactivaciones de ese tipo cuando la rata acierta en la elecci¨®n que cuando se equivoca. Eso indica que la rata antes de decidir considera mentalmente las posibles opciones y s¨®lo deja de hacerlo cuando ya tiene mucha pr¨¢ctica y alberga pocas dudas sobre cu¨¢l es el camino correcto, es decir, cuando ya ha aprendido bien la tarea.

Pero la historia es m¨¢s compleja, porque gracias a las investigaciones del tambi¨¦n galardonado matrimonio May-Britt y Edvard Moser, ahora sabemos que en la representaci¨®n del espacio en el cerebro intervienen tambi¨¦n otras c¨¦lulas muy especiales descubiertas originalmente junto al hipocampo, en la corteza entorrinal de roedores murci¨¦lagos y monos. Son las c¨¦lulas de cuadr¨ªcula (grid cells), unas neuronas que se diferencian de las c¨¦lulas de lugar en que su actividad est¨¢ relacionada no con una ¨²nica localizaci¨®n donde la rata se halle sino con un conjunto de localizaciones regularmente organizadas. Para entender c¨®mo funcionan estas c¨¦lulas imaginemos que hemos instalado un electrodo en una de ellas para registrar su actividad cuando la rata se mueve en un espacio. Si sobre un plano de ese espacio marcamos cada uno de los lugares donde est¨¢ la rata cada vez que esa misma c¨¦lula se activa, obtendremos un dibujo de puntos que vistos en conjunto forman una cuadr¨ªcula.

Lo extraordinariamente llamativo de las c¨¦lulas de cuadr¨ªcula es que su estructura funcional es muy estable, pues no cambia en el tiempo ni depende del contenido de la imagen que el animal ve. Es decir, su organizaci¨®n funcional no responde a regularidades del entorno ni a informaci¨®n procedente del mismo, sino a una especie de plantilla mental interna que el animal parece tener en su cerebro y cuya funci¨®n persiste incluso en la oscuridad. Llama tambi¨¦n la atenci¨®n que las c¨¦lulas de cuadr¨ªcula suelen activarse cuando la rata explora una imagen s¨®lo con la vista, lo que nos induce a pensar que podr¨ªan servir para representar zonas del espacio en su cerebro incluso cuando est¨¢ quieta, sin moverse. Para comprender mejor su funcionamiento podemos imaginar que son neuronas cuyas representaciones cuadriculares sirven para sobreponer en ellas la informaci¨®n del espacio circundante generada por los movimientos que hace la rata en el mismo y as¨ª poder configurarlo y aprenderlo mejor, como cuando utilizamos papel cuadriculado para poder encuadrar mejor las proporciones y partes de un dibujo.

Las investigaciones recientemente realizadas en pacientes epil¨¦pticos con electrodos implantados en su cerebro por razones cl¨ªnicas han permitido descubrir c¨¦lulas de cuadr¨ªcula tambi¨¦n en el cerebro humano. El conjunto de estas y otras investigaciones similares ha permitido una comprensi¨®n bastante precisa de los recursos y mecanismos que utiliza nuestro cerebro para representar el espacio en que nos movemos. Con la concesi¨®n del Premio Nobel a los mencionados investigadores, la Academia sueca ha reconocido la importancia de estos relevantes descubrimientos.

Ignacio Morgado Bernal es catedr¨¢tico de Psicobiolog¨ªa en el Instituto de Neurociencia de la Universidad Aut¨®noma de Barcelona. Es autor de ¡°Aprender, recordar y olvidar: Claves cerebrales de la memoria y la educaci¨®n¡± (Barcelona: Ariel 2014)