Cómo nuestros cerebros imaginan realidades alternativas

Cómo nuestros cerebros imaginan realidades alternativas

Estás en camino al trabajo, cuando tu mente se desvía hacia la conferencia que tienes programada para dar en la tarde. Ensayas tu conversación contigo mismo mientras te diriges a la oficina, preparándote para las preguntas que tus colegas podrían hacerte. Más tarde, a medida que selecciona su bandeja de entrada de correo electrónico, reflexiona sobre sus opciones de almuerzo mientras se desplaza sin cesar.

Estos son solo algunos ejemplos de cómo cada acción que tomamos en el mundo real también conlleva la acción alternativa oculta que solo imaginamos. Se ha invertido un considerable esfuerzo de investigación en comprender el cómo y el por qué de nuestra toma de decisiones activa, pero las nuevas líneas de evidencia nos dicen que el tiempo que pasamos en realidades alternativas también cumple un importante propósito neurológico.

Muchas partes del cerebro trabajan juntas para construir nuestros mapas mentales, pero los principales actores en la navegación espacial son hipocampo, el asiento de la memoria en el cerebro y la corteza entorrinal, que descansa adyacente al hipocampo y transmite la información generada allí a áreas de procesamiento superiores.

Ya en 1948, se propuso que los roedores confían en diversas señales ambientales para generar mapas para recompensas en las tareas de aprendizaje de laberintos. Sin embargo, la naturaleza de este mapa y las celdas que lo generaron seguían siendo un misterio. Treinta años después, los investigadores observaron que las células específicas del hipocampo en las ratas se disparan con más frecuencia cuando entran en lugares específicos. Sorprendentemente, los patrones de activación de estas redes de células son estables en el tiempo, incluso en ausencia de señales que estaban presentes en su activación inicial. El descubrimiento de estas “células de lugar” denominadas descriptivamente allanó el camino para un interrogatorio más preciso de las bases neurobiológicas de la búsqueda de caminos.

Cuando se descubrieron las celdas de lugar, su función propuesta era crear un mapa topográfico uno a uno de un espacio dado. En el camino del mundo físico al cerebro, la mayoría de nuestras representaciones sensoriales exhiben lo que se conoce como organización topográfica. Imagínese subirse a su automóvil y salir en busca de piezas desconocidas. Puede confiar en la navegación por satélite, el GPS o un mapa en papel para guiarlo a su destino. Del mismo modo que cada punto en su mapa corresponde a un punto de referencia específico en su viaje, coloque las celdas ancladas a puntos de referencia específicos en el entorno para orientarlo en el espacio.

Nuestra topografía espacial interna es más sofisticada, con células del hipocampo que codifican representaciones de estímulos, señales o recompensas particulares en el contexto de cómo se comporta el animal dentro de esos espacios. Por ejemplo, imagine llegar al aeropuerto en un país desconocido. Es posible que tenga un conocimiento general del concepto de aeropuerto, junto con puntos de referencia visuales familiares, que lo anclan en este nuevo espacio. Parte de esta información es biográfica y se basa en sus recuerdos únicos de otros aeropuertos.

Dependiendo de si estas experiencias fueron positivas o negativas, la importancia emocional de estos espacios también contribuirá a su mapa personal, y todos estos factores se combinan para crear la experiencia del espacio que es mucho más rica que un simple conjunto de puntos de referencia.


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"Coloque las celdas ancladas a puntos de referencia específicos en el entorno para orientarlo en el espacio".

Estudios más recientes en primates revelaron que las células del hipocampo operan de manera ligeramente diferente en cerebros de primates que en cerebros de roedores, disparando en respuesta a una variedad de estímulos diferentes que no están estrictamente unidos a la ubicación. El trabajo en curso en ratones, primates y humanos también ha establecido que el hipocampo no es un actor solitario. Ingrese a la corteza entorrinal, que transmite información sensorial al hipocampo y actúa como un puente hacia la neocorteza, donde se emiten muchos de nuestros comandos cognitivos y motores más sofisticados.

Los investigadores han descrito recientemente un red de células dentro de la corteza entorrinal llamada "celdas de cuadrícula", que codifican su propio movimiento en relación con su entorno, agregando una pieza crítica al rompecabezas de la celda del lugar cuando se trata de estrategias de navegación más amplias. Las redes de cuadrícula pueden trazar con mayor precisión la dirección y las distancias entre los objetos en un espacio, en función de las señales de movimiento interno en lugar de la información sensorial del espacio en sí. Estos sistemas trabajan juntos para representar dinámicamente los espacios de manera que la experiencia pueda modificarlos, incorporando de manera flexible nueva información, pero también permitiendo que estos espacios se familiaricen con el tiempo.

Pero una vez que tenemos una representación de un espacio en mente, ¿cómo decidimos cómo interactuar con él? Esto requiere una toma de decisiones activa, y el combustible para la decisión es la recompensa. Aquí es donde los atributos no espaciales de las neuronas que componen nuestros sistemas de navegación se vuelven especialmente importantes. Los investigadores encontraron en estudios de roedores que el valor de recompensa percibido o la importancia de ciertos objetos en un entorno pueden cambiar los patrones de disparo de las células más fuertemente en su dirección. Por lo tanto, un valor de recompensa más alto asociado con un turno o una ubicación dada en un laberinto predecir el movimiento en esa dirección. Entonces, ¿qué pasa con los caminos no elegidos?

Recientemente, un equipo de investigadores en la UCSF midió el disparo de células del lugar del hipocampo en ratas mientras completaban tareas de navegación espacial. Las ratas fueron colocadas en un laberinto y su actividad neuronal fue fotografiada en tiempo real, ya que eligieron entre caminos que divergieron en un punto de elección. De esta manera, los investigadores pudieron asignar patrones únicos de disparo de células de lugar que correspondían a cada brazo del laberinto después de que la rata había elegido y procedió a viajar a lo largo de él.

Sorprendentemente, cuando la rata se acercó al punto de elección, cada uno de los conjuntos de celdas de lugar que representaban cualquiera de los brazos del laberinto disparó rápidamente en alternancia, tirando los dados en cualquier futuro posible antes de tomar la decisión. Lo que esto significa es que no solo el camino en el que el animal viaja en tiempo real, sino el posible camino alternativo, están representados por igual en el espacio neural, proporcionando una explicación mecanicista de las representaciones mentales del futuro.

"El posible camino alternativo, se representan igualmente en el espacio neuronal, proporcionando una explicación mecanicista de las representaciones mentales del futuro".

En los roedores, los estudios de navegación se realizan en conjuntos de mesa simples que no pueden capturar la complejidad de un entorno del mundo real. Realidad virtual se ha vuelto cada vez más popular como entretenimiento personal, pero también ofrece a los investigadores niveles de variedad y control sin precedentes en la investigación de navegación espacial. Un grupo en el Reino Unido ha utilizado un juego móvil llamado Sea Hero Quest para capturar uno de los conjuntos de datos más grandes sobre razonamiento espacial en todos los grupos de edad registrados.

Datos de juego indica que el razonamiento espacial puede comenzar a disminuir cuando somos tan jóvenes como de 19 años, y las opciones de ruta de los jugadores diferían dependiendo de si portaban la variante e4 del gen APOE que se ha utilizado durante mucho tiempo como marcador de diagnóstico clínico para la enfermedad de Alzheimer. Estrategias novedosas como estas que convierten juegos móviles simples en herramientas de recopilación de datos clínicos podrían expandir en gran medida nuestra comprensión de cómo progresan exactamente las enfermedades neurodegenerativas, y acelerar el desarrollo de diagnósticos tempranos altamente personalizados.

Gran parte de nuestra comprensión de cómo pensamos sobre el futuro ha surgido del estudio de pacientes que ya no pueden recordar el pasado. Desde los primeros días de la neurociencia, cuando los estudios de lesiones eran a menudo las herramientas más informativas a nuestra disposición para aprender sobre la función de diferentes partes del cerebro, hemos entendido que Se requiere hipocampo para recordar la memoria.

El daño del hipocampo está asociado con la amnesia, así como con un razonamiento espacial deteriorado. Pero varios estudios históricos han demostrado que la lesión del hipocampo también interfiere con la capacidad de imaginar eventos hipotéticos. Consistentemente, los pacientes con amnesia no solo tienen dificultades para recordar información biográfica reciente, sino que, cuando se les solicita, solo pueden ofrecer declaraciones generales sobre los próximos eventos en sus vidas.

La pérdida de memoria es común a medida que envejecemos, pero como muchos estudios demuestran, nuestra capacidad de navegar en el espacio también disminuye a medida que envejecemos. Estos déficits aparecen a edades más tempranas que otras medidas generales de deterioro cognitivo, lo que sugiere que algunas de las funciones del sistema de navegación son únicas y operan independientemente de otros tipos de memoria y procesamiento de información en el hipocampo.

Las estructuras más vulnerables en el envejecimiento del cerebro son aquellas que codifican el movimiento, como la corteza entorrinal. El disparo de células en el lugar del hipocampo también se vuelve errático en ratas mayores. Significativamente, las estructuras responsables de orientarnos en el espacio también son las más vulnerables a la patología de la enfermedad de Alzheimer, apuntando a la discapacidad de navegación como un posible criterio de diagnóstico temprano para esta y otras afecciones neurodegenerativas como la enfermedad de Parkinson.

Nuestra vida cotidiana está llena de decisiones, tanto conscientes como inconscientes. Pero como revela un creciente cuerpo de evidencia, nuestros cerebros son capaces de viajar tanto por los caminos que elegimos como los que abandonamos.

A medida que continuamos aprendiendo sobre las intrincadas relaciones entre la navegación espacial, la memoria y la neurodegeneración, podemos encontrar que el tiempo que pasamos contemplando lo que podría haber sido es tan importante como el tiempo que pasamos planeando activamente. Y si bien la disminución de la función cognitiva se acepta como una parte normal del envejecimiento, mantener estas funciones comprometidas con ejercicios mentales simples como rompecabezas, juegos de palabras o lectura puede ayudar a preservar estas vías neuronales. De la misma manera, podemos ejercer nuestros sistemas de navegación trazando cursos a lo largo de los caminos que aún tenemos que tomar. Entonces, la próxima vez que te encuentres luchando por volver tu mente a la tarea en cuestión, experimenta dejando que divague un poco más.

Este artículo apareció originalmente en Conocer neuronas

Referencias:

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Eichenbaum, H., Dudchenko, P., Wood, E., Shapiro, M. y Tanila, H. (1999). El hipocampo, la memoria y las células de lugar. NeuronaLa unidad funcional del sistema nervioso, una célula nerviosa que ... 23(2), 209 226-.

Giocomo, LM (2015). Representación espacial: mapas del espacio fragmentado. Biología actual, 25(9), R362-R363.

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Lester, AW, Moffat, SD, Wiener, JM, Barnes, CA y Wolbers, T. (2017). El envejecimiento del sistema de navegación. Neurona 95(5), 1019 1035-.

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