Tu cerebro no necesita puntos de referencia para ajustar su ‘GPS’

Una nueva investigación arroja luz sobre cómo los mamíferos siguen su posición y orientación mientras se mueven.

El nuevo estudio revela que las señales visuales de movimiento por sí solas permiten al cerebro ajustar y recalibrar su mapa interno incluso en ausencia de puntos de referencia visuales estables.

«Cuando te mueves por el espacio, tienes mucha información sensorial competitiva que te dice dónde estás y qué tan rápido vas, y tu cerebro tiene que darle sentido a eso», dice el colíder del estudio Noah Cowan, profesor de ingeniería mecánica. en la Escuela de Ingeniería Whiting de la Universidad Johns Hopkins y director del Laboratorio de Locomoción en Sistemas Mecánicos y Biológicos (LIMBS).

«Los resultados de nuestro estudio muestran que, sorprendentemente, el cerebro puede llevar a cabo esta recalibración continua sin tener puntos de referencia externos obvios que nos indiquen nuestra posición. El cerebro puede ajustar su sentido interno de velocidad a través de su mapa espacial a partir de pistas únicamente del flujo óptico: los patrones de movimiento visual que los individuos perciben mientras se mueven por el espacio».

Cowan colaboró ​​en el proyecto con James Knierim, profesor de neurociencia en el Instituto Zanvyl Krieger Mind/Brain de la Escuela de Artes y Ciencias Krieger y el Instituto Kavli de Descubrimiento de Neurociencia en Johns Hopkins.

Los investigadores sabían que, por ejemplo, cuando un individuo camina a través de un túnel cubierto de marcas, su cerebro detecta la velocidad a la que parecen pasar las marcas, lo que le ayuda a estimar la distancia recorrida y su posición relativa en el espacio. Se propusieron determinar si cambiar la velocidad de las marcas del andador o eliminar los marcadores afectaría significativamente la respuesta del cerebro.

«Queríamos llegar a la mecánica de cómo nuestro cerebro calcula la ‘distancia recorrida’ únicamente a partir de la información de la velocidad», dice Cowan. “Las neuronas de nuestro hipocampo se ‘iluminan’ como el punto azul del GPS de su teléfono. Planteamos la hipótesis de que la relación entre el flujo óptico y la ‘actualización del punto azul’ podría recalibrarse en la realidad virtual, y descubrimos que así era».

Knierim explica que los investigadores pretendían determinar si podían controlar de forma fiable el sentido de ubicación de una rata de laboratorio en su mapa cognitivo cambiando artificialmente la cantidad de flujo óptico que recibía en un sistema de realidad virtual.

«Descubrimos que, utilizando los principios de la teoría del control, podemos controlar con precisión el mapa cognitivo utilizando únicamente señales de flujo óptico, demostrando así que, según la hipótesis, esta entrada larga realmente sería utilizada por el sistema de integración de la ruta de la rata», dice Knierim.

El equipo construyó una cúpula de realidad virtual y proyectó franjas iluminadas en sus paredes. Las ratas fueron atraídas por gotas de leche con chocolate para caminar alrededor de la cúpula. Las rayas estaban destinadas a servir como una pista subconsciente sobre la velocidad del roedor y su ubicación general en el espacio.

Cuando el equipo hizo que las tiras giraran en la dirección opuesta a la de las ratas cuando daban un paso, la respuesta del hipocampo de los animales indicó que pensaban que se movían dos veces más rápido y su sentido del lugar se vio obstaculizado. Después de un tiempo, cuando se apagaron las tiras, los investigadores descubrieron que las ratas todavía percibían que se movían más rápido de lo que realmente lo hacían.

Cowan dice que ya se sabe que los cerebros de los mamíferos utilizan las posiciones relativas de los puntos de referencia para determinar la ubicación y calibrar la velocidad aproximada. Lo que no se sabía era si el cerebro de un mamífero recalibra su velocidad a través de su mapa mental en ausencia de puntos de referencia.

«Cómo el cerebro realiza esa recalibración en ausencia de lugares familiares, y el hecho de que lo haga, no se sabía antes, y lo demostramos en esta investigación», dice.

Los resultados del estudio proporcionan información valiosa en dos áreas principales. En primer lugar, arrojan luz sobre el funcionamiento del hipocampo de los mamíferos, una región del cerebro implicada en la enfermedad de Alzheimer y otras demencias, y en segundo lugar, la investigación responde a una pregunta de larga data sobre la biología básica de cómo los animales navegan por el mundo.

«Debido a que el sistema de navegación está tan íntimamente vinculado al sistema de memoria del cerebro, esperamos que comprender cómo crea estos mapas cognitivos proporcione información sobre cómo la memoria se debilita durante el envejecimiento y la demencia», dice Knierim.

Pero los resultados también tienen implicaciones para la robótica. Cowan señala que el hallazgo también podría contribuir al desarrollo de inteligencia artificial y algoritmos de aprendizaje automático diseñados para integrar información visual con representaciones del espacio, allanando en última instancia el camino para la incorporación de sistemas cognitivos.

Los resultados aparecen en Neurociencia de la naturaleza.

Los coautores principales del estudio son de la Universidad de Columbia Británica y los laboratorios Knierim y Cowan.

Fuente: Universidad Johns Hopkins