por Shelly Fan
El curioso artilugio del University College de Londres limitaba entre la magia científica y un aterrador episodio de Black Mirror. Podría haber demostrado ser una teoría de décadas de cómo funciona el sistema GPS del cerebro.
Déjame pintarte un cuadro: imagina un ratón corriendo sobre una rueda. Su cabeza se mantiene firme pero cómodamente estable. Una “ventana” de vidrio transparente reemplazó una parte de su cráneo. Sobrevolando hay una lente de microscopio y láseres duales. Un gran domo de video lo rodea, casi encapsulando su diminuto cuerpo completamente dentro de la configuración de realidad virtual. Mientras corre, observando su entorno virtual como un jugador experimentado en Ready Player One, los científicos observan sus neuronas GPS, involucradas en la navegación, literalmente chispeando con luz bajo el microscopio.
Y si eso no es lo suficientemente bueno, aquí está el truco: con láseres, el equipo pudo piratear el sistema GPS del cerebro del ratón y “transportarlo mentalmente” a una ubicación de objetivo virtual. Es como si acabaras de emprender una búsqueda en un juego de rol para conseguir una pieza de equipo precioso. De repente, los rayos láser en tu cerebro te hacen pensar que ya has alcanzado la ubicación objetivo de la misión. Intentas hacer clic para abrir el cofre de engranajes, pero sin éxito, porque en realidad todavía estás muy lejos.
Loco, ¿eh? La pura frialdad de esa configuración de “control mental” es suficiente para pasar a la historia de la neurotecnología. Pero aún más alucinante es que finalmente pudo haber demostrado una teoría ganadora del Premio Nobel de cómo nuestros cerebros vinculan recuerdos específicos con el lugar en el espacio en el que ocurrieron: reales o virtuales. ¿Ese café donde tuviste una gran cita? ¿Ese lugar en The Witcher donde encontraste el precioso equipo de Mastercraft? Puede que finalmente sepamos cómo está codificado en el cerebro. El estudio fue publicado en la prestigiosa revista Cell .
“Este estudio cambia las reglas del juego, ya que muestra que podemos usar la lectura óptica y la escritura de la actividad en neuronas específicas para manipular recuerdos, lo que nos permite comprender mejor, y potencialmente mejorar, cómo la actividad del circuito neuronal nos ayuda a tomar decisiones”, dijo. Dr. Michael Hausser, autor principal del University College London (UCL).
Lugares y espacios
Saber dónde estás en el espacio es fundamental para la vida. ¿Dónde estacionaste tu auto? ¿Donde esta tu casa? ¿Dónde está ese café que te gustó de nuevo?
Por muy simples que puedan parecer algunas de estas preguntas, las memorias espaciales se encuentran entre las primeras en desintegrarse en trastornos como el Alzheimer. También muestran cuán estrechamente relacionado está el espacio con la memoria, en el sentido de que de alguna manera nuestros cerebros tienden a “precisar” recuerdos específicos en un lugar en particular.
Hace décadas, el Dr. John O’Keefe en UCL reveló un extraño fenómeno que podría explicar por qué este es el caso. El hipocampo, una región profunda del cerebro conocida por codificar recuerdos, también alberga “células de lugar”, neuronas que activan la actividad para procesar ubicaciones en el espacio.
Apodado el sistema GPS del cerebro, las células del lugar son un grupo extraño esparcido por el hipocampo. Cada uno tiene su propia “personalidad” en el sentido de que sólo dispara cuando el animal (ratón, rata o humano) se encuentra en un lugar particular del espacio. En otras palabras, las células de lugar parecen trazar un mapa del mundo que nos rodea a medida que aprendemos a navegar por él y formamos un “mapa cognitivo” en nuestro cerebro. Estos mapas cerebrales abstractos pueden guiarnos hacia nuestro objetivo: la oficina de correos para dejar nuestro correo o la taberna al aire libre para la hora feliz del viernes. Las células de lugar formaron parte del Premio Nobel de fisiología de 2014 por decodificar el sentido de lugar del cerebro.
Sin embargo, una pregunta desconcertó a los científicos: dado que las células viven entre los circuitos neuronales que codifican la memoria, ¿cómo interactúan los dos? ¿Son las células de lugar simplemente un atlas estático que guardamos en nuestra mente? ¿O forman una especie de Google Maps adaptable que nos permite etiquetar, destacar y colocar un alfiler en cualquier lugar, apuntando a nuestros recuerdos?
Iluminando la memoria con láseres
El nuevo estudio combinó dos métodos extremadamente poderosos basados en la luz para leer y escribir fácilmente en el cerebro.
La primera son las proteínas sensibles a la luz llamadas sensores de calcio, que se pueden agregar genéticamente a los ratones. Las proteínas salpican el exterior de las neuronas como luces de detección de movimiento y solo iluminan la célula cuando se activa. Debido a que las celdas de GPS se activan cuando el mouse corre hacia diferentes ubicaciones virtuales, esto permite a los científicos identificar esas celdas.
El segundo es la optogenética . Aquí, se inserta un conjunto diferente de proteínas sensibles a la luz en las mismas neuronas. Estos tipos actúan como interruptores de luz en lugar de bombillas. Cuando se les aplica un láser de diferentes frecuencias, los científicos pueden encender y apagar estos interruptores. A su vez, esto activa, o silencia, neuronas GPS específicas.
El componente final fue una configuración de realidad virtual en la que los ratones corrían sobre una rueda con la cabeza firme. Al igual que los humanos en un juego de realidad virtual, sus cerebros procesan el entorno virtual, un camino único con casas, bloques y otras señales visuales, como una carretera del mundo real.
El equipo primero entrenó a los ratones para que reconocieran una ubicación específica, la zona de meta, en la ruta virtual mientras monitoreaban sus celdas GPS activas. Una vez allí, los ratones aprendieron a lamer tres veces un sensor para obtener un premio de agua azucarada. Esto esencialmente vinculaba las neuronas GPS activas en la zona de gol virtual con el recuerdo de algo dulce.
Luego vino la hechicería. Si las células de posición del GPS están a cargo de localizar los recuerdos en el cerebro, entonces reactivar artificialmente esas células debería reactivar la memoria, independientemente de dónde se encuentre el ratón en el espacio virtual, y hacer que se lama los dedos con anticipación.
Sorprendentemente, eso sucedió, pero con un giro. En lugar de bombardear todas las neuronas GPS marcadas con luz al mismo tiempo, el equipo las reactivó artificialmente en cinco contenedores, según su secuencia normal. Es similar a tocar “teclas de piano” neuronales en una melodía que tiene sentido para el cerebro, en lugar de golpearlas simultáneamente en una cacofonía neurológica.
Funcionó a las mil maravillas. Incluso cuando el ratón no estaba en su zona de meta virtual, tan pronto como los científicos activaron artificialmente las neuronas GPS que codificaban la zona de meta, el ratón comenzó a lamer sus chuletas. En esencia, el equipo pudo transportar mentalmente al ratón a su ubicación gratificante, independientemente de su realidad percibida.
Hay más. A medida que aumentaba el número de descargas láser, la red celular de ubicación del GPS del ratón se “reasignaba”, en el sentido de que dejó de lamer tanto en la zona de gol anterior. En cierto modo, el equipo cortó artificialmente la memoria del agua azucarada del ratón de su ubicación real anterior, en lugar de reasignarla a un nuevo lugar con una inteligente piratería del cerebro basada en la luz.
En la superficie, estos resultados parecen locos: sugieren que nuestros preciosos recuerdos están anclados a un mapa espacial cognitivo en el cerebro. La activación de cualquier conjunto particular de celdas de posición GPS, algo así como hacer zoom en un lugar de Google Maps, es suficiente para activar un recuerdo tan poderoso que se comportará como si estuviera reviviendo ese recuerdo.
Pero tiene sentido. Probablemente todos hemos tenido la experiencia de caminar por un vecindario familiar donde una esquina de la calle de repente desencadena un recuerdo de un gran restaurante cercano, provocando que las Cataratas del Niágara en nuestra boca y que lo busquemos.
Sin embargo, lo que muestra el estudio es que no es correlacional. Las células de lugar son tan poderosas que el componente “dónde” de nuestros recuerdos podría reasignarse a una ubicación diferente, si se les proporcionen herramientas neurotecnológicas potentes y precisas.
“Las células de lugar realmente le dicen al ratón dónde está [la ubicación objetivo], y los ratones realmente ‘escuchan’ sus células de lugar cuando toman decisiones”, dijo el primer autor, el Dr. Nick Robinson de UCL.
El estudio es uno de los primeros que vincula de manera casual y definitiva las células del lugar con la memoria y la toma de decisiones en el cerebro. Pero hay tantas cosas que todavía no sabemos. ¿Cuál es exactamente la estrategia de codificación eléctrica del cerebro? ¿Cómo se conectan las celdas de lugar a los circuitos de memoria? Y con nuestra explosión actual de interfaces cerebro-computadora, ¿podríamos eventualmente iniciar experiencias, basadas en recuerdos y ubicaciones previas, tan poderosas que distorsionen nuestra realidad?
Crédito de la imagen: Gerd Altmann de Pixabay
SHELLY FAN
Shelly Xuelai Fan es una neurocientífica convertida en escritora científica. Completó su doctorado en neurociencia en la Universidad de Columbia Británica, donde desarrolló tratamientos novedosos para la neurodegeneración. Mientras estudiaba cerebros biológicos, se fascinó con la IA y todo lo relacionado con la biotecnología. Después de graduarse, se mudó a UCSF para estudiar los factores sanguíneos que rejuvenecen los cerebros envejecidos. Es cofundadora de Vantastic Media, una empresa de medios que explora historias científicas a través de texto y video, y dirige el galardonado blog NeuroFantastic.com. Su primer libro, “¿Nos reemplazará la IA?” se publicó en abril de 2019.
