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Un Nuevo Estudio Describe la Invariabilidad de la Estructura de Correlación de los Módulos de Células Rejilla en un Colector con Topología Toroidal

Por: William Brown, Biofísico de Resonance Science Foundation

La parte de nuestro cerebro responsable de la codificación de los recuerdos -la formación del hipocampo- tiene un sistema complejo y especializado de células que actualiza continuamente la posición y la dirección, generando mapas cognitivos de nuestro entorno mientras navegamos por el mundo. Una nueva investigación publicada en la revista Nature ha demostrado que la actividad conjunta de las células neuronales que forman los circuitos de mapeo espacial reside en un múltiple toroidal, de manera que las posiciones en el toroide corresponden a las posiciones del entorno por el que se mueve un individuo [1].

Los estudios neurológicos han demostrado que la formación del hipocampo, que incluye el hipocampo y el córtex entorrinal, contiene un conjunto diverso de tipos de células que apoyan la navegación espacial y la memoria. Un componente clave de este sistema es la célula de lugar del hipocampo, que codifica la presencia de un animal en una ubicación espacial concreta para apoyar la navegación y la codificación de recuerdos espaciales. Se han identificado células de lugar en varias especies, como ratas, ratones, murciélagos y humanos [2].

Figura 1: Esta es una célula reticular. Las células reticulares están situadas en el córtex entorrinal del cerebro. Ayudan a los humanos y a otros mamíferos a navegar. Crédito de la imagen: Kavli Institute for Systems Neuroscience (KISN)

Los experimentos han demostrado que el córtex entorrinal medial forma una parte importante del sistema neuronal para cartografiar la posición de un individuo dentro de un entorno físico, concretamente a través de lo que se denomina células reticulares, que se disparan en un patrón hexagonal característico de localizaciones, y se organizan en módulos que forman colectivamente una representación periódica de la autoubicación. Mediante el uso de nuevas técnicas de imagen y análisis neuronal, como el registro simultáneo de muchos cientos de células rejilla, los investigadores del nuevo estudio han podido demostrar que estos módulos de células rejilla no sólo forman un patrón hexagonal dentro de la corteza entorrinal, sino que topológicamente se corresponden con una matriz toroidal, de modo que las células individuales son preferentemente activas en posiciones singulares toroidales.

El colector toroidal permite que los módulos de células rejilla mantengan estructuras de correlación fijas, de modo que la conectividad sináptica recurrente limita la actividad conjunta de las células a un repertorio de baja dimensión de posibles patrones de coactivación en presencia de una amplia gama de entradas externas del entorno, lo que hace más manejable la navegación. La invariabilidad de la estructura de correlación de los módulos de las células rejilla en un colector con topología toroidal, independientemente de las entradas sensoriales y a través de una amplia gama de entornos y estados de comportamiento, es un fuerte indicio de una red atractora continua intrínseca y recurrentemente conectada que opera como sustrato de la actividad de las células rejilla. Por lo tanto, la investigación apoya el modelo de una red de atractores continuos como arquitectura de red que regula la actividad de los estados de navegación de la actividad neuronal, en contraposición a los mecanismos simples de alimentación que se habían sugerido anteriormente.

RSF en Perspectiva:

Es interesante que nuestra actividad neuronal implicada en el mapeo y la navegación de las dimensiones espaciales esté fijada a lo largo de una topología toroidal -considerando, por ejemplo, la estrecha similitud entre la arquitectura cosmológica y la neuronal, de la que hablamos en el artículo de RSF El universo se organiza en una red neuromórfica galáctica (The Universe Organizes in a Galactic Neuromorphic Network), y que el propio universo tiene una topología toroidal ( universe itself has a toroidal topology) -, otra extraña coincidencia.

Además, la organización en toroide de la dinámica neuronal ha sido sugerida previamente por investigadores como el Dr. Meijer, profesor emérito de la Universidad de Groningen, y el biofísico Dr. Geesink. En otro artículo de RSF hablamos de cómo su estudio examina la evidencia de la naturaleza libre de escala de la conciencia en la que la geometría toroidal -como el conocido doble toroide- puede modelar la conciencia en todos los niveles fractales del universo y cómo confluye en el sistema cognitivo humano como un espacio de trabajo holográfico dentro del cerebro, un "horizonte de sucesos cerebral" [3].

Referencias:

[1] R. J. Gardner et al., “Toroidal topology of population activity in grid cells,” Nature, pp. 1–6, Jan. 2022, doi: 10.1038/s41586-021-04268-7.

[2] J. Jacobs et al., “Direct recordings of grid-like neuronal activity in human spatial navigation,” Nat Neurosci, vol. 16, no. 9, pp. 1188–1190, Sep. 2013, doi: 10.1038/nn.3466.

[3] “Consciousness in Universe is Scale Invariant Event Horizon of Brain.” https://www.resonancescience.org/blog/A-New-Study-Examines-How-Consciousness-in-the-Universe-is-Scale-Invariant-and-Implies-an-Event-Horizon-of-the-Human-Brain. William Brown. Nov 09, 2017. The Resonance Science Foundation.

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