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Premio Nobel de Medicina 2014 para los descubridores del ‘GPS’ cerebral

Como en otras ocasiones, este año el Premio Nobel de Fisiología y Medicina está dividido. La mitad ha recaído en John O´Keefe, investigador en la University College de Londres, y la otra al matrimonio noruego formado por Edvard I.

Moser y May-Britt Moser, director y codirectora del Instituto Kavli de Neurociencia de Sistemas, por sus aportaciones en el descubrimiento de las células que constituyen un sistema de posicionamiento en el cerebro.

La primera semana de octubre se desvelan cada año los ganadores de los premios Nobel en las distintas categorías. El primero en hacerse público es el de Fisiología y Medicina.

Los ganadores en 2014 han sido los padres del ‘GPS cerebral’, un sistema interno en las células del cerebro que nos permite orientarnos en el espacio.

¿Cómo sabemos dónde estamos y somos capaces de encontrar el camino para llegar de un lugar a otro? ¿Cómo podemos almacenar dicha información para utilizarla la próxima vez que tracemos el mismo camino? Estas son algunas claves resueltas gracias a su trabajo.

Según el comunicado emitido por la organización de los premios, “el descubrimiento del sistema de posicionamiento del cerebro representa un cambio de paradigma en nuestra comprensión de cómo los conjuntos de células especializadas trabajan juntos para ejecutar las funciones cognitivas superiores”.

El premio se ha dividido en dos partes. La primera mitad ha sido para John O’Keefe, de 75 años de edad, profesor en el Instituto de Neurociencia Cognitiva de la University College de Londres, que durante años ha trabajado para descifrar cómo el cerebro controlaba el comportamiento.

Así, en 1971 O’Keefe descubrió el primer componente del sistema de posicionamiento. El neurocientífico observó que un tipo de células nerviosas en el hipocampo siempre se activaba cuando una rata se encontraba en un lugar determinado de una habitación, mientras que eran otras células las que se activaban cuando la rata estaba en otros lugares.

De ahí surgió su idea de que estas ‘células de posicionamiento’ podían formar una especie de mapa de la habitación, es decir, que la memoria de un entorno puede almacenarse como una combinación específica de las actividades de dichas células en el hipocampo.

Quinto matrimonio en compartir un Nobel

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Es la quinta vez que el Premio Nobel es compartido por un matrimonio
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Más de tres décadas después, en 2005, el matrimonio formado por May-Britt y Edvard Moser –el quinto que ha ganado hasta ahora el galardón–, descubrió otro componente clave del sistema de posicionamiento del cerebro. Ella es directora del Centro de Computación Neural y él, director del Instituto Kavli de Neurociencia de Sistemas, ambos en Trondheim (Noruega),

La pareja identificó otro tipo de célula nerviosa, a la que llamaron ‘grid’ o rejilla, que genera un sistema de coordenadas y permite un posicionamiento preciso y la búsqueda de caminos. Investigaciones posteriores mostraron cómo las células de posicionamiento y de rejilla determinan la posición y la navegación.

Los descubrimientos de O’Keefe y el matrimonio Moser resolvieron el problema que ha sembrado el interés de científicos y filósofos como Kant durante siglos: ¿cómo crea el cerebro un mapa del espacio que le rodea y puede así transitar a través de él?

Cómo guardar mapas en el cerebro

Después de los hallazgos de O’Keefe, May-Britt y Edvard Moser estaban trazando las conexiones con el hipocampo de las ratas que se movían en una habitación, cuando descubrieron un sorprendente patrón de la actividad en una parte del cerebro llamada la corteza entorrinal –una especia de interfaz entre el hipocampo y el neocórtex–.

En esta zona observaron que se activan ciertas células cuando la rata pasa por varias ubicaciones dispuestas en una cuadrícula hexagonal. Cada una de estas células se activaba en un patrón espacial singular y comprobaron que, además, estas células de rejilla constituyen un sistema de coordenadas que permite la navegación espacial.

Dicho de manera sencilla, junto con otras células de la corteza entorrinal capaces de reconocer la dirección de la cabeza y de los límites de la habitación, dichas células forman circuitos en el hipocampo con las de lugar, siendo este circuito el que constituye el sistema global de posicionamiento, un GPS interno, en el cerebro.

Investigaciones más recientes con técnicas de imagen cerebral, así como los estudios realizados en pacientes sometidos a neurocirugía, han proporcionado pruebas de la existencia de células de lugar y rejilla también en los seres humanos.

De esta forma, en los pacientes con enfermedad de Alzheimer, el hipocampo y la corteza entorrinal se ven afectados con frecuencia en una etapa temprana, con lo que a menudo los pacientes pierden la capacidad de reconocer el entorno. Para los expertos, esta línea de investigación podría ayudar en la comprensión del mecanismo que sustenta la pérdida de la memoria espacial habitual en esta enfermedad.

Referencias de sus publicaciones:

O’Keefe, J., and Dostrovsky, J. (1971). The hippocampus as a spatial map. Preliminary evidence from unit activity in the freely‐moving rat. Brain Research 34, 171-175.

O´Keefe, J. (1976). Place units in the hippocampus of the freely moving rat. Experimental Neurology 51, 78-109.

Fyhn, M., Molden, S., Witter, M.P., Moser, E.I., Moser, M.B. (2004) Spatial representation in the entorhinal cortex. Science 305, 1258-1264.

Hafting, T., Fyhn, M., Molden, S., Moser, M.B., and Moser, E.I. (2005). Microstructure of spatial map in the entorhinal cortex. Nature 436, 801-806.

Sargolini, F., Fyhn, M., Hafting, T., McNaughton, B.L., Witter, M.P., Moser, M.B., and Moser, E.I. (2006). Conjunctive representation of position, direction, and velocity in the entorhinal cortex. Science 312, 758-762.

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