LAS "CÉLULAS DEL TIEMPO" EN EL CEREBRO Y EL APRENDIZAJE COMPLEJO
Por Universidad de UTAH
El sentido del tiempo es fundamental para comprender, recordar e interactuar con el mundo. Tareas que van desde mantener una conversación hasta conducir un automóvil requieren que recordemos y percibamos cuánto tiempo tardan las cosas: un cálculo complejo pero en gran medida inconsciente que se ejecuta constantemente bajo la superficie de nuestros pensamientos.
Ahora, investigadores de la Universidad de Salud de Utah han descubierto que, en ratones, una población específica de "células del tiempo" es esencial para aprender comportamientos complejos en los que el tiempo es fundamental. Al igual que el segundero de un reloj, las células del tiempo se activan en secuencia para trazar períodos cortos de tiempo.
Pero los investigadores descubrieron que las células del tiempo no son solo un simple reloj: a medida que los animales aprenden a distinguir entre eventos en diferentes momentos, el patrón de actividad de las células del tiempo cambia para representar cada patrón de eventos de manera diferente . En última instancia, el descubrimiento podría ayudar a la detección temprana de enfermedades neurodegenerativas, como el Alzheimer, que afectan el sentido del tiempo.
Código del Ratón
Al combinar una compleja tarea de aprendizaje basada en el tiempo con imágenes cerebrales avanzadas, los investigadores pudieron observar que los patrones de actividad celular del tiempo se volvían más complejos a medida que los ratones aprendían. Los investigadores primero organizaron una prueba en la que era fundamental conocer las diferencias en el momento de los eventos. Para obtener una recompensa, los ratones tuvieron que aprender a distinguir entre patrones de un estímulo olfativo que tenían tiempos variables, como si estuvieran aprendiendo una forma muy simple de código Morse.
Antes y después de que los ratones aprendieran, los investigadores utilizaron microscopía de última generación para observar cómo las células individuales se activaban en tiempo real. Al principio, sus células del tiempo respondieron de la misma manera a cada patrón de estímulo olfativo. Pero a medida que aprendieron los patrones de estímulo en diferentes tiempos, los ratones desarrollaron diferentes patrones de actividad celular en el tiempo para cada patrón de eventos.
En particular, durante las pruebas en las que los ratones se equivocaron, los investigadores pudieron ver que sus células de tiempo a menudo se activaban en el orden incorrecto, lo que sugiere que la secuencia correcta de actividad de las células de tiempo es fundamental para realizar tareas basadas en el tiempo. "Se supone que las células del tiempo están activas en momentos específicos durante el ensayo", dijo Hyunwoo Lee, PhD, becario postdoctoral en neurobiología en la Facultad de Medicina Spencer Fox Eccles de la Universidad de Utah y coprimer autor del estudio. "Pero cuando los ratones cometieron errores, esa actividad selectiva se volvió confusa".
No solo un cronómetro
Sorprendentemente, las células del tiempo desempeñan un papel más complicado que simplemente rastrear el tiempo, dijo Erin Bigus, asistente de investigación graduada en neurobiología y coprimera autora del estudio. Cuando los investigadores bloquearon temporalmente la actividad de la región del cerebro que contiene las células del tiempo, la corteza entorrinal medial (MEC), los ratones aún podían percibir e incluso anticipar el momento de los eventos. Pero no pudieron aprender desde cero tareas complejas relacionadas con el tiempo. "El MEC no está actuando como un simple cronómetro necesario para rastrear el tiempo en cualquier circunstancia simple", dijo Bigus. "Su función parece consistir en aprender estas relaciones temporales más complejas".
Curiosamente, investigaciones anteriores sobre el MEC encontraron que también participa en el aprendizaje de información espacial y la construcción de "mapas mentales". En el nuevo estudio, los investigadores notaron que los patrones de actividad cerebral que ocurren mientras se aprenden tareas basadas en el tiempo muestran algunas similitudes con patrones previamente observados involucrados en el aprendizaje espacial; Algunos aspectos de ambos patrones persisten incluso cuando un animal no está aprendiendo activamente.
Si bien se necesita más investigación, estos resultados sugieren que el cerebro podría procesar el espacio y el tiempo de maneras fundamentalmente similares, según los investigadores. "Creemos que la corteza entorrinal podría tener un doble propósito, actuando como un odómetro para rastrear la distancia y como un reloj para rastrear el tiempo transcurrido", dijo James Heys, PhD, profesor asistente de neurobiología y autor principal del estudio.