Investigación sobre los cerebros de ratas tiene implicaciones para entender la memoria y la imaginación



Si bien el estudio de la capacidad de las ratas para navegar por un territorio familiar, los científicos de Johns Hopkins encontraron que una estructura particular del cerebro utiliza la información espacial recordado imaginar rutas a las ratas y luego siguen. Su descubrimiento tiene implicaciones para la comprensión de por qué los daños a la estructura, llamada el hipocampo, interrumpe los tipos específicos de la memoria y el aprendizaje en personas con enfermedad de Alzheimer y el deterioro cognitivo relacionado con la edad. Y debido a que estas trayectorias mentales guían el comportamiento de las ratas, el modelo de investigación de los científicos desarrollados pueden ser útiles en futuros estudios sobre las tareas de más alto nivel, tales como la toma de decisiones.

Los detalles de su trabajo fueron programados para su publicación en línea en la revista Nature.

“Por primera vez, creemos que tenemos la evidencia de que antes de que una rata vuelve a un lugar importante, lo que realmente planea salir de su camino”, dice David Foster, Ph.D., profesor asistente de neurología en la Escuela Johns Hopkins School of Medicine . “La rata se encuentra ese lugar en el ojo de su mente y sabe cómo llegar allí.”

Foster y su equipo encontraron que, al menos a efectos de navegación, “el ojo de la mente”, el se encuentra en el hipocampo, que se compone de dos segmentos en forma de plátano bajo la corteza cerebral en ambos lados del cerebro. Es el más conocido para crear recuerdos. En las personas con la enfermedad de Alzheimer, que es una de las primeras partes del cerebro de sufrir daños.

Los experimentos de laboratorio Foster se centraron en un grupo de neuronas en el hipocampo llamado células de lugar, ya que son conocidos para disparar cuando los animales están en un lugar determinado dentro de un entorno dado. Lo que no se conoce, dice Foster, era cómo y cuándo el cerebro utiliza esa información.

Por miniaturización de una tecnología existente, Foster y un post-doctorado en su laboratorio, Brad Pfeiffer, Ph.D., fueron capaces de implantar 20 microhilos en cada lado del hipocampo de cuatro ratas. Los diminutos cables dejar que registran la actividad eléctrica de un máximo de 250 células de lugar individuales, al mismo tiempo, más que nunca antes alcanzado.



Durante un período de formación de dos semanas, las ratas se familiarizaron con la zona de pruebas, que fue rodeado por una gran variedad de objetos, por lo que las ratas podían decir dónde estaban en relación con los objetos externos. El espacio era de 2 metros cuadrados, con 36 pequeños “platos” colocados a intervalos regulares en una cuadrícula. Un solo plato a la vez estaría lleno de recompensa de las ratas: chocolate líquido.

Pruebas de navegación de las ratas que participan hasta 40 conjuntos de “extraños” y “hasta” juicios por día alternando. Los ensayos impares requiere que las ratas “forraje” a través de la arena para encontrar un plato de chocolate relleno en un lugar al azar, y los ensayos necesarios incluso a las ratas a volver cada vez a un plato de “home” para recibir su recompensa. Mientras que las ratas cumplen sus tareas, los investigadores registraron el despido de sus células de lugar.

Encontraron que a medida que una rata viaja al azar a través de la caja sin saber a donde tiene que ir, diferentes combinaciones de lugar las células de fuego en cada lugar a lo largo de su trayectoria. El mismo conjunto de células se dispara cada vez que la rata recorre el mismo lugar. Estas combinaciones únicas de despidos “marca” cada lugar en el cerebro de la rata y se pueden reconstruir en lo que parece ser un mapa virtual, cuando sea necesario.

Cuando una rata está a punto de ir a un lugar determinado, por ejemplo, “casa” células de lugar en su fuego hipocampo en una secuencia que crea un camino predecible, que a su vez sigue la rata, algo así como Hansel y Gretel tras un rastro de migas de pan imaginada .

Foster dice que “a diferencia de Hansel y Gretel rastro de miga de pan, que sólo le permite salir por la misma ruta por la que ha introducido, las ratas recuerdos de su entorno son flexibles y se pueden reconstruir de una forma que les permite” imagen “cómo conseguir rápido del punto A al punto B.” Para hacer esto, dice, las ratas ya deben estar familiarizados con el “terreno” entre el punto A y el punto B, pero, como un GPS, que no tienen que haber comenzado antes en el punto A con el objetivo de alcanzar el punto B.

Foster dice que los ancianos pueden perderse con facilidad, y la investigación en ratones de edad muestra que las células de lugar pueden dejar de distinguir entre los diferentes entornos. La investigación de su equipo sugiere que las células defectuosas lugar también afectaría a la capacidad de una persona para “mirar hacia adelante” en su imaginación para predecir el camino a casa. Del mismo modo, dice, las funciones cerebrales de orden superior, como la resolución de problemas, también requieren que las personas a “mirar hacia adelante” y se imaginan a sí mismos en un escenario diferente.

“El hipocampo parece estar dirigiendo el movimiento de las ratas, la toma de decisiones para ellos en tiempo real”, dice Foster. “Nuestro modelo nos permite ver que esto ocurra de una manera que no ha estado antes posible. Nuestra siguiente pregunta es, ¿qué estas células de lugar hacer cuando ponemos obstáculos en los caminos de las ratas?”


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