La geometria oculta en el cervell: així construïm mapes mentals per a orientar-nos en el món

Quan entrem per primera vegada en una habitació, la nostra ment posa en marxa tots els seus trucs. De manera totalment subconscient, s'activa un sistema de representació que no sols ens permet situar-nos en l'espai, sinó també posar en relació tot el que esdevé en eixe instant i la memòria de les coses que van passar. Les finestres, les portes, l'orientació dels mobles, la disposició dels llibres sobre una taula… tot queda registrat de colp en el nostre cervell.

Posem que eixim de l'habitació per un passadís. Mentres ens allunyem, un mapa mental teixit per l'activitat elèctrica de centenars de neurones emergix en la nostra consciència.

Com Alicia en el cau del conill, el passadís s'allarga. Ho recorrem tocant les parets, sentint els canvis de rugositat, captant xicotets senyals que ens donen pistes sobre on estem. Al fons hi ha una porta; la creuem, però sorprenentment, desemboca en la mateixa habitació pel costat contrari. Llavors ho entenem tot: el passadís és circular. En eixe moment, el nostre cervell ha tancat un bucle: ha teixit un mapa mental que connecta les representacions mentals de l'inici i la fi del recorregut.

Neurones que s'activen en anells

En un recent estudi, publicat en Neuron, hem demostrat per primera vegada que la informació del nostre entorn s'organitza en el cervell de manera geomètrica. Ho hem aconseguit analitzant els registres de l'activitat de centenars de neurones en el hipocamp, una regió del cervell clau per a la memòria i la navegació. En el cas de l'habitació i el passadís, esta representació adopta la configuració d'anells tridimensionals.

En el laboratori, hem pogut observar que cada vegada que un ratoncito va i ve pels passadissos d'un laberint, les seues neurones s'activen seguint una trajectòria que fa un volt completa en un espai abstracte: un anell que representa l'experiència completa del recorregut.

El més fascinant és que no totes les neurones participen igual. Algunes codifiquen informació sensorial molt concreta, com la textura del sòl, la presència d'una recompensa o la direcció dels girs en el laberint. Unes altres, en canvi, registren i utilitzen informació externa al laberint per a organitzar la representació, és a dir, es recolzen en senyals de l'entorn més ampli, com la localització respecte a l'habitació on es trobava o la posició d'un objecte de referència, per a mantindre l'orientació estable.

Estes diferents poblacions neuronals formen anells paral·lels en l'espai de l'activitat neuronal, però tenen una funció distinta. Quan tot va bé, treballen coordinades per a donar estabilitat a l'experiència. Però si alguna cosa ens desorienta (per exemple, si algú ens donara tornades o ens cobrira els ulls mentres ens guia cap a un altre punt), llavors es despleguen altres mecanismes.

En eixe cas, una d'estes representacions es manté fixa, com una brúixola interna, i ajuda a mantindre la percepció de l'entorn. Altres neurones es reorienten buscant representar el canvi. D'eixe reajustament mental ens arriba la certesa que estem orientats.

La geometria de l'activitat cerebral

L'espai és el contenidor habitual de les nostres vivències. Saber que el cervell codifica la seua estructura amb formes geomètriques precises obri noves portes per a entendre com pensem, recordem i ens orientem en el món.

L'estudi de la geometria i la topologia de l'activitat cerebral és un camp emergent que conjumina matemàtiques i ciència de dades amb les més sofisticades ferramentes de bioingeniería aplicades a l'estudi del cervell. Hui podem identificar subtipus de neurones sobre la base del seu perfil genètic –per exemple, les neurones excitadores, les inhibidores i les que produïxen dopamina so genèticament diferents– i modificar-ho per a expressar proteïnes fluorescents que ens permeten veure la seua activitat i controlar-la en temps real.

Estos abordatges estan permetent avançar en una comprensió molt més profunda de com el cervell construïx els seus mapes interns. Cada descobriment no sols ens ajuda a desxifrar els fonaments biològics de la memòria i l'orientació, sinó que també obri el camí a noves aplicacions en neurotecnología, intel·ligència artificial i, algun dia, potser, en el tractament de trastorns neurològics on estos mapes es deterioren, com l'alzheimer.

Liset Menéndez de la Prida, Directora del Laboratori de Circuits Neuronals, Institut Cajal - CSIC

Este article va ser publicat originalment en The Conversation. Llija el original.