Los neurobiólogos de la Universidad Ludwig Maximilian de Munich presentan una nueva teoría sobre el origen de las celdas de la cuadrícula necesarias para la orientación espacial en el cerebro de los mamíferos, que asigna un papel vital a la sincronización de los trenes de señales que reciben de las neuronas llamadas células del lugar.

Células nerviosas en el cerebro conocidas como células de lugar y células de cuadrícula, respectivamente, juegan un papel crucial en la navegación espacial en mamíferos. Las células de lugar individuales en el hipocampo responden solo a unas pocas ubicaciones espaciales. Las celdas de la cuadrícula en el complejo entorrinal, por otra parte, fuego en múltiples posiciones en el medio ambiente, de manera que conjuntos específicos se activan consecutivamente a medida que un animal atraviesa su hábitat. Estos patrones de activación dan lugar a un mapa virtual, compuesto por una disposición hexagonal de celdas de cuadrícula que reflejan las distancias relativas entre puntos de referencia particulares en el mundo real. Por tanto, el cerebro es capaz de construir un mapa virtual que codifica su propia posición en el espacio.

El Premio Nobel de Medicina y Fisiología 2015 fue para los descubridores de este sistema, que se ha denominado GPS del cerebro. Sin embargo, la relación de desarrollo entre las celdas de lugar y las celdas de cuadrícula, así como el mecanismo de origen de las celdas de la cuadrícula y su disposición en celosías hexagonales siguen sin estar claras. Ahora, el profesor de neurobiólogos de LMU Christian Leibold y su compañero de trabajo Mauro Miguel Monsalve Mercado han propuesto un nuevo modelo teórico, que por primera vez proporciona un modelo plausible basado en procesos biológicos conocidos. El modelo implica que el desarrollo de las celdas de la cuadrícula y sus campos de respuesta dependen de la entrada sináptica de las celdas de lugar. Los nuevos hallazgos se describen en la revista. Cartas de revisión física .

Los autores del nuevo artículo asignan un papel central en su modelo a las correlaciones en el tiempo de las secuencias de respuesta neuronal generadas por diferentes células de lugar. Los miembros de estos grupos se activan cuando el animal llega a ciertos lugares en el espacio, y transmiten impulsos nerviosos en secuencias temporales coordinadas con precisión, que siguen un patrón rítmico particular, y así codificar distancias espaciales relativas. Leibold y Monsalve Mercado han utilizado una regla clásica de aprendizaje neuronal, conocido como la regla de Hebb, analizar las correlaciones temporales entre los patrones de disparo de las celdas de lugar y la organización de las celdas de la cuadrícula. La regla de Hebb establece que la activación repetida de dos neuronas funcionalmente acopladas en rápida sucesión mejora progresivamente la eficiencia de la transmisión sináptica entre ellas. Al aplicar este concepto de plasticidad sináptica dependiente de la actividad a los patrones de activación temporal correlacionados de las células del lugar, los autores pueden explicar la formación de las disposiciones hexagonales de las celdas de la cuadrícula observadas en mamíferos que navegan libremente.

"Los modelos propuestos hasta ahora para explicar el desarrollo de las celdas de la cuadrícula sobre la base de la información de las celdas de lugar no eran específicos sobre los mecanismos biológicos subyacentes precisos. Ahora tenemos, por primera vez, haber podido construir un modelo coherente para el origen de las celdas de la cuadrícula que hace uso de mecanismos biológicos conocidos, ", dice Christian Leibold. El nuevo modelo implica que las celdas de la cuadrícula son generadas por un proceso de aprendizaje neuronal. Este proceso explota la plasticidad sináptica para transformar la señalización coordinada temporal entre las células de lugar en los patrones hexagonales de las respuestas de las celdas de la cuadrícula observadas en el complejo entorrinal. El modelo por lo tanto, predice que las células de la cuadrícula deberían surgir primero en las capas profundas de la corteza entorrinal.