Por primera vez los científicos han registrado cómo el cerebro navega por el espacio físico y realiza un seguimiento de la ubicación de los demás y han detectado que los cerebros de las personas pueden estar más en sintonía entre sí de lo que se creía, según publican en la revista ‘Nature’.
Los investigadores utilizaron una mochila especial para monitorizar de forma inalámbrica las ondas cerebrales de los pacientes con epilepsia mientras cada uno caminaba por una habitación vacía en busca de un lugar oculto. Según señalan, las ondas fluían en un patrón distinto, lo que sugiere que el cerebro de cada individuo había trazado las paredes y otros límites.
Curiosamente, las ondas cerebrales de cada participante fluyeron de manera similar cuando se sentaron en la esquina de la habitación y vieron a otra persona caminar, lo que sugiere que estas ondas también se usaron para rastrear los movimientos de otras personas.
«Pudimos estudiar directamente por primera vez cómo el cerebro de una persona navega por un espacio físico real que se comparte con otros –destaca Nanthia Suthana, profesora asistente de neurocirugía y psiquiatría en la Escuela de Medicina David Geffen, en la Universidad de California, Los Ángeles (UCLA) y autora principal–. Nuestros resultados sugieren que nuestros cerebros pueden usar un código común para saber dónde estamos nosotros y los demás en entornos sociales».
El laboratorio de la doctora Suthana estudia cómo el cerebro controla el aprendizaje y la memoria. En este estudio, su equipo trabajó con un grupo de participantes con epilepsia resistente a los medicamentos, de 31 a 52 años, cuyos cerebros habían sido implantados quirúrgicamente con electrodos para controlar sus convulsiones.
Los electrodos residen en un centro de memoria en el cerebro llamado lóbulo temporal medial, que también se cree que controla la navegación, al menos en los roedores. Durante el último medio siglo, los científicos, incluidos tres ganadores del Premio Nobel, descubrieron, experimento tras experimento, que las neuronas de este lóbulo, conocidas como celdas de rejilla y celdas de lugar, actúan como un sistema de posicionamiento global.
Además, los científicos descubrieron que las ondas de baja frecuencia de actividad neuronal de estas células, llamadas ritmos theta, ayudan a los roedores a saber dónde están ellos y otros mientras corren por un laberinto o nadan alrededor de un charco de agua poco profundo.
«Varias piezas de evidencia indirecta apoyan el papel del lóbulo temporal medial en la forma en que navegamos. Pero probar estas ideas más allá ha sido técnicamente difícil», añade Matthias Stangl, un becario postdoctoral en UCLA y autor principal del artículo.
Este estudio proporciona la evidencia más directa hasta la fecha que apoya estas ideas en humanos y fue posible gracias a una mochila especial que el equipo de la doctora Suthana inventó como parte de un proyecto de la Iniciativa NIH BRAIN.
«Muchos de los avances más importantes en la investigación del cerebro han sido provocados por avances tecnológicos. De esto se trata la Iniciativa NIH BRAIN. Reta a los investigadores a crear nuevas herramientas y luego usar esas herramientas para revolucionar nuestra comprensión del cerebro y los trastornos cerebrales», añade John Ngai, director de la Iniciativa BRAIN de los NIH.
En esencia, la mochila contenía un sistema informático que se puede conectar de forma inalámbrica a los electrodos implantados quirúrgicamente en la cabeza del paciente. Recientemente, los investigadores demostraron que la computadora se puede conectar simultáneamente a varios otros dispositivos, incluidos gafas de realidad virtual, rastreadores oculares y monitores de corazón, piel y respiración.
«Hasta ahora, las únicas formas de estudiar directamente la actividad del cerebro humano requerían que un sujeto estuviera quieto, ya sea acostado en un escáner cerebral masivo o conectado a un dispositivo de grabación eléctrica. En 2015, la doctora Suthana vino a mí con una idea para resolver esto problema y por eso nos arriesgamos a hacer una mochila –relata Uros Topalovic, estudiante de posgrado en UCLA y autor del estudio–. La mochila libera al paciente y nos permite estudiar cómo funciona el cerebro durante los movimientos naturales».
Para examinar el papel que juega el lóbulo temporal medial en la navegación, los investigadores pidieron a los participantes de la investigación que se pusieran la mochila y entraran en una habitación vacía de 30 metros cuadrados.
Cada pared estaba revestida con una fila de cinco letreros de colores numerados del 1 al 5, un color por pared. A través de un altavoz montado en el techo, una voz computarizada le pidió al paciente que caminara hacia uno de los letreros. Una vez que llegaban al letrero, la voz les pedía que buscaran un lugar de unos centímetros de diámetro escondido en algún lugar de la habitación. Mientras tanto, la mochila registraba las ondas cerebrales del paciente, los recorridos por la habitación y los movimientos oculares.
Inicialmente, cada persona necesitó varios minutos para encontrar el lugar. Durante los ensayos posteriores, el tiempo se acortó a medida que su memoria de la ubicación del lugar mejoraba.
Las grabaciones eléctricas revelaron un patrón distinto en la actividad cerebral. Los ritmos theta fluían más fuerte, con picos más altos y valles más bajos, cuando los participantes se acercaban a una pared que cuando deambulaban por el medio de la habitación. Esto sucedió exclusivamente cuando estaban buscando el lugar.
«Estos resultados apoyan la idea de que bajo ciertos estados mentales los ritmos theta pueden ayudar al cerebro a saber dónde se encuentran los límites. En este caso, es cuando estamos enfocados y buscando algo», señala el doctor Stangl.
Un análisis más detallado apoyó esta conclusión y ayudó a descartar la posibilidad de que los resultados fueran causados por otros factores, como la actividad asociada con diferentes movimientos de los ojos, el cuerpo o la cabeza.
Curiosamente, vieron resultados similares cuando los participantes vieron a otra persona buscar un lugar. En estos experimentos, los participantes se sentaban en una silla en la esquina de la habitación con sus mochilas puestas y sus manos descansando cerca de un teclado. Los pacientes conocían la ubicación del lugar oculto y apretaban un botón del teclado cada vez que la otra persona llegaba a él.
Una vez más, las ondas cerebrales del participante fluyeron con más fuerza cuando la otra persona se acercó a una pared o al lugar y este patrón solo apareció cuando la persona estaba en la caza en lugar de seguir instrucciones específicas.
«Nuestros resultados apoyan la idea de que nuestros cerebros pueden utilizar estos patrones de ondas para ponerse en el lugar de otra persona –asegura Suthana–. Los resultados abren la puerta para ayudarnos a comprender cómo nuestro cerebro controla la navegación y, posiblemente, otras interacciones sociales».
El equipo de la doctora Suthana planea explorar estas ideas con mayor profundidad. Además, el equipo ha puesto la mochila a disposición de otros investigadores que quieran aprender más sobre el cerebro y los trastornos cerebrales.
