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Para navegar con éxito en un entorno, es necesario seguir continuamente la velocidad y dirección de la cabeza, incluso en la oscuridad. Los investigadores del Centro Sainsbury Wellcome de la UCL han descubierto cómo los individuos y las redes de células de una zona del cerebro llamada corteza retrosplenial codifican este movimiento angular de la cabeza en ratones para permitir la navegación tanto de día como de noche.
"Cuando uno se sienta en un tren en movimiento, el mundo pasa por su ventanilla a la velocidad del movimiento del vagón, pero los objetos del mundo exterior también se mueven unos respecto a otros. Uno de los principales objetivos de nuestro laboratorio es entender cómo el cerebro utiliza la información externa e interna para diferenciar el movimiento alocéntrico del egocéntrico. Este trabajo es el primer paso para ayudarnos a entender si las células individuales tienen realmente acceso tanto al movimiento propio como, cuando están disponibles, a las señales de movimiento visual externas resultantes", dijo Troy Margrie, Director Asociado del Centro Sainsbury Wellcome y autor correspondiente del trabajo.
En el estudio, publicado hoy en Neuron, los investigadores del SWC descubrieron que el córtex retrosplenial utiliza las señales vestibulares para codificar la velocidad y la dirección de la cabeza. Sin embargo, cuando las luces están encendidas, la codificación del movimiento de la cabeza es significativamente más precisa.
"Cuando las luces están encendidas, se dispone de puntos de referencia visuales para estimar mejor la propia velocidad (a la que se mueve la cabeza). Si no se puede codificar de forma fiable la velocidad de giro de la cabeza, se pierde rápidamente el sentido de la orientación. Esto podría explicar por qué, sobre todo en entornos novedosos, nos volvemos mucho peores en la navegación una vez que se apagan las luces", afirma Troy Margrie.
Para entender cómo el cerebro hace posible la navegación con y sin señales visuales, los investigadores registraron las neuronas de todas las capas del córtex retrosplenial mientras los animales se movían libremente por un gran escenario. Esto permitió a los neurocientíficos identificar las neuronas del cerebro denominadas células de velocidad angular de la cabeza (AHV), que siguen la velocidad y la dirección de la cabeza.
Sepiedeh Keshavarzi, investigadora principal del laboratorio Margrie y autora principal del artículo, también grabó de estas mismas neuronas AHV durante condiciones de fijación de la cabeza para permitir la extracción de información sensorial/motora específica. Comparando rotaciones angulares muy precisas de la cabeza en la oscuridad y en presencia de una señal visual (rejillas verticales), con los resultados de la condición de movimiento libre, Sepiedeh pudo determinar que, si bien las entradas vestibulares por sí solas pueden generar señales de velocidad angular de la cabeza, su sensibilidad a la velocidad de movimiento de la cabeza mejora enormemente cuando se dispone de información visual.
"Aunque ya se sabía que el córtex retrosplenial interviene en la codificación de la orientación espacial y la navegación guiada por el movimiento propio, este estudio nos permitió observar la integración tanto a nivel de red como celular. Demostramos que una sola célula puede ver ambos tipos de señales: vestibulares y visuales. También fue muy importante el desarrollo de una tarea conductual que nos permitió determinar que los ratones mejoran su estimación de la velocidad angular de su propia cabeza cuando hay una señal visual. Es bastante convincente que tanto la codificación del movimiento de la cabeza como las estimaciones del ratón sobre su velocidad de movimiento mejoren significativamente cuando se dispone de pistas visuales", comentó Troy Margrie.
Los próximos pasos serán explorar las vías que llevan la información vestibular y visual al córtex retrosplenial y hacia dónde pueden transmitirse estas señales. Ahora sabemos que existe, por ejemplo, un fuerte bucle de retroalimentación con el córtex visual primario, que también recibe señales motoras relacionadas con la velocidad de carrera. Futuros experimentos diseñados para aislar y manipular tipos específicos de actividad neural nos informarán de cómo el córtex desambigua las señales generadas por el propio movimiento de las alocéntricas, un proceso que es fundamental para la forma en que navegamos por un mundo visual complejo.
Fuentes, créditos y referencias:
Sepiedeh Keshavarzi, Edward F. Bracey, Richard A. Faville, Stephen C. Lenzi, Tiago Branco, Troy W. Margrie. Multisensory coding of angular head velocity in the retrosplenial cortex. Neuron (2021) DOI: 10.1016/j.neuron.2021.10.031