Una investigación cerebral ha revelado que los ratones tienen imaginación

Los autores de la investigación dijeron que futuros estudios de este tipo podrían conducir al descubrimiento de formas de ayudar a restaurar o mejorar la función cerebral al comprender las intenciones de una persona, y tal vez podrían ampliar nuestra comprensión de la amnesia.

El trabajo se basa en descubrimientos científicos anteriores que revelan que en lo profundo del cerebro de animales y humanos tienen su propio sistema de posicionamiento global (GPS). Este GPS interno está ubicado en el hipocampo, un área que desempeña un papel clave en la memoria y la imaginación, y traduce lugares y eventos en patrones de activación neuronal, una señal de que las células cerebrales se están comunicando. Luego, estos patrones se almacenan en el cerebro y se utilizan para navegar en el mundo cotidiano.

Las células especializadas que realizan este trabajo, conocidas como células de lugar y de cuadrícula, sirven como bloques de construcción cruciales que nos permiten recordar el pasado e imaginar el futuro. Los tres científicos que descubrieron las células recibieron el premio 2014 Premio Nobel de Fisiología o Medicina Revelar funciones que se consideran “esenciales para nuestra existencia”.

«Podemos acostarnos en la cama por la noche, cerrar los ojos y situarnos en el pasado o en el futuro», afirmó Zhongxi Lai, autor principal del nuevo artículo y becario postdoctoral en el Instituto Médico Howard Hughes, ahora con sede en la Universidad de Beth. Centro Médico Israel Deaconess en Boston.

La imaginación es crucial para la innovación, continuó Lai. “Cualquier invención ocurre dos veces: en la mente del inventor y luego en el mundo real”.

En un artículo de 1948, un entonces científico de la Universidad de California Edward C. Tolman Supongamos que los ratones tienen un mapa interno de su entorno. Sin embargo, hasta el nuevo estudio, los investigadores no habían podido demostrar que una rata realmente pudiera controlar ese mapa y usarlo para pensar en un lugar diferente de donde estaba la rata en ese momento específico.

«Este es un paso muy importante», afirmó Gyorgy Buzsaki, profesor de neurociencia en el Centro Médico Langone de la Universidad de Nueva York, que no participó en el estudio. «El hipocampo tiene fama de ser el GPS del cerebro. A muchos de nosotros nos gustaría saber cómo funciona». [what happens there] Traducido en pasos”.

Aunque tiene sentido que la señal inicial para imaginar un lugar provenga del hipocampo, dijo Buzsaki, es «extremadamente difícil» determinar si alguna acción se origina en una parte del cerebro en lugar de en otra. Los autores del artículo científico se centraron en las células de lugar ubicadas en el hipocampo. Las células de la cuadrícula, la otra parte importante del GPS, viven en un área profunda del cerebro llamada corteza entorrinal, que se encuentra cerca del hipocampo.

Cómo leer la mente de una rata

Los experimentos detallados en el artículo de Science requirieron que los científicos construyeran desde cero máquinas capaces de leer el mapa interno de un ratón y luego traducirlo, para determinar qué está pensando el ratón en un momento dado.

Lai comenzó a trabajar en el proyecto hace nueve años después de llegar al campus de investigación Janelia del instituto en Ashburn, Virginia. Finalmente les dijo a sus dos coautores del artículo (su asesor Timothy Harris, un investigador principal, y Albert Lee, un investigador del Instituto Médico Howard Hughes) que tenía ideas que les permitirían probar si un animal podía pensar.

Se necesitaron sólo de cuatro a cinco años para construir un «detector de pensamiento» en tiempo real para ratones, dijo Lai.

Luego, los investigadores tuvieron que diseñar experimentos que tuvieran en cuenta las tareas que podían realizar los roedores. Inicialmente, a cada ratón se le implantaron pequeños electrodos en 128 lugares específicos de su cerebro. Luego, los electrodos se conectaron a un dispositivo que lee la actividad cerebral del ratón y aprende los patrones específicos que se generan cuando el ratón se mueve de un lugar a otro. En cada sitio, el cerebro del ratón produjo un patrón único de diferentes células que se activaban a distintos niveles de intensidad.

El ratón estaba suspendido con los pies tocando una cinta de correr con forma de bola, lo que le permitía moverse por un campo de realidad virtual. A medida que el ratón se movía, los electrodos registraron su actividad cerebral.

Los científicos tuvieron que entrenar ratones para que corrieran hacia una señal visual en una arena virtual 2D: un objeto parecido a una torre que rebotaba. Cuando los roedores sintieron la señal, recibieron una recompensa de agua endulzada.

También hubo que entrenar la máquina. La máquina aprendió a leer la actividad cerebral del ratón y traducirla a ubicaciones específicas en la arena virtual.

Para las pruebas de «teletransportación», los científicos desconectaron la cinta de correr del campo de realidad virtual. Ahora el ratón ya no puede utilizar sus pies para moverse por la arena. En cambio, el ratón tuvo que imaginar un lugar distante para llegar a ese destino y obtener la recompensa.

En la segunda prueba, el mouse nuevamente tuvo que imaginar una ubicación remota específica, esta vez para mover un objeto virtual a esa ubicación. Durante toda la prueba, la rata permaneció en una posición fija en la arena.

«Lo sorprendente es que lo aprenden muy rápido», dijo Lee, que ahora trabaja en el Centro Médico Beth Israel Deaconess. Dijo que el rápido aprendizaje de los ratones sugiere que es relativamente normal que un animal piense en un lugar distinto de su ubicación real.

Si bien tres de los cuatro ratones evaluados pudieron realizar los experimentos, el cuarto no. Hay varias explicaciones posibles para el fallo de la vía intravenosa, dijo Lee. Por ejemplo, es posible que el ratón haya sufrido algún daño menor en el hipocampo.

“Esto es bastante complicado [task]»Es posible que no todos los animales puedan hacer esto», dijo. «El hecho de que tres de cada cuatro animales hicieran esto tan bien sugiere que los ratones tienen una gran capacidad para imaginar lugares remotos».