Si una rata ha pasado anteriormente por un lugar, puede imaginar ese sitio con la ayuda de la realidad virtual, descubren los científicos.
Realidad virtual y ratas. Así nació una colaboración entre los laboratorios de Tim Harris y Albert Lee, en el que diseñaron un sistema innovador que fusiona la realidad virtual con una interfaz cerebro-máquina. En este caso, orientado a un experimento con roedores. La investigación en el Campus de Investigación Janelia del Instituto Médico Howard Hughes reveló que las ratas tienen capacidades cognitivas sorprendentes, incluida la imaginación, tal y como tenemos los seres humanos.
La clave: el hipocampo
Una región del cerebro llamada hipocampo, una estructura con forma de caballito de mar situada en lo profundo de cada lado del cerebro desempeña un papel importante en la memoria. También participa en el aprendizaje espacial y la navegación. Ayuda a los humanos a crear mapas cognitivos de su entorno, permitiéndoles recordar ubicaciones y navegar por el espacio. Y el hipocampo es muy consistente en todos los mamíferos, lo que llevó a los científicos a pensar que los animales no humanos podrían ser capaces también de imaginar. Las ratas poseen neuronas dentro del hipocampo.
A medida que los roedores se mueven, estas células se activan en configuraciones en constante cambio que representan el entorno en el que se encuentran en un momento dado. Si estos animales tuvieran esta capacidad, podrían tener una forma de imaginación similar a la de nuestra especie. Pero, ¿cómo comprobarlo?
Para ello, los investigadores crearon una interfaz cerebro-máquina (IMC) que podría decodificar los patrones de activación de las células del hipocampo de las ratas. Para el experimento, colocaron a los roedores en cintas de correr esféricas, traduciendo sus movimientos en un entorno de realidad virtual de 360 grados que luego aparecía en una pantalla. Hicieron que tres ratas caminaran en una cinta de correr haciendo, gracias a la RV, que el animal sintiera como si se estuviera moviendo a través de un espacio que se asemejaba a un túnel oscuro.
Conforme las ratas aprendieron a navegar por este mundo digital en busca de una recompensa, el decodificador descifraba cómo los patrones de activación del hipocampo se traducían en movimiento a través del entorno. Después de un poco de entrenamiento, los peludos aprendices dominaron la tarea, como lo demostró su actividad cerebral.
Usando la imaginación
Los investigadores pudieron determinar que el hipocampo exhibía distintos patrones de actividad neuronal en ratas cuando intentaban recordar lugares y eventos (algo habitual en humanos). Vieron qué neuronas se activaban cuando la rata navegaba por la arena virtual para alcanzar cada objetivo.
"De hecho, la rata puede activar la representación de lugares en el medio ambiente sin tener que ir allí", explicó Chongxi Lai, postdoctorado en los laboratorios Harris and Lee y autor principal del estudio que recoge la revista Science. "Incluso si su cuerpo físico está fijo, sus pensamientos espaciales pueden ir a un lugar muy remoto".
Los resultados muestran que los animales son capaces de pensar en lugares u objetos que no están inmediatamente presentes Lo que encontraron es un proceso de pensamiento muy similar al de los humanos. Según el estudio, las ratas pueden invocar voluntariamente estos patrones de actividad para recordar lugares remotos además de su paradero actual.
“Imaginar es una de las cosas más extraordinarias que podemos hacer los humanos. Ahora hemos descubierto que los animales también pueden hacerlo y encontramos una manera de estudiarlo”, puntualizó Albert Lee, coautor del trabajo.
El llamativo resultado de todo esto es que las ratas parecen ejercer el mismo control preciso sobre la actividad del hipocampo que los humanos. Además, el estudio demuestra que el IMC se puede utilizar para medir la actividad del hipocampo, ofreciendo un nuevo método para investigar esta zona tan importante del cerebro.
"Lo sorprendente es cómo las ratas aprenden a pensar en ese lugar, y en ningún otro, durante un período de tiempo muy largo, basándose en nuestra noción, quizás ingenua, de la capacidad de atención de una rata", concluyen los expertos.
Referencias:
- Lai et al. Volitional activation of remote place representations with a hippocampal brain-machine interface. Science.Vol. 382, November 3, 2023, p. 566. doi: 10.1126/science.adh5206.
Sun, D., Saatlou, F., Yu, Y., Unnithan, R., & French, C. (2022). Utilising hippocampal neuronal calcium activity in mouse CA1 for a multimodal optical brain-computer interface. bioRxiv. https://doi.org/10.1101/2022.04.26.489497.
Tanaka, N., Sano, K., Rahman, M., Miyata, R., Capi, G., & Kawahara, S. (2018). Change in hippocampal theta oscillation associated with multiple lever presses in a bimanual two-lever choice task for robot control in rats. PLoS ONE, 13. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0192593.
