Estudian cómo las aves localizan sitios clave para sobrevivir sin explorarlos previamente

El Instituto Zuckerman de Mente, Cerebro y Conducta de la Universidad de Columbia dio un paso significativo en la comprensión de la memoria espacial animal. En un estudio, el equipo de investigación reveló que “las células del hipocampo de los carboneros de cabeza negra se activan cuando el ave mira fijamente un lugar distante”.

Este hallazgo publicado en Nature sugiere que la memoria espacial en estas aves no solo depende de la experiencia directa en un lugar, sino que también se activa a través de la visión, incluso a distancia, lo que redefine la manera en que se entiende la relación entre percepción visual y memoria.

El trabajo, liderado por científicos del Instituto Zuckerman en la ciudad de Nueva York, se centró en el hipocampo, una región cerebral clave para la memoria espacial tanto en aves como en mamíferos.

Tradicionalmente, según los científicos, se sabía que las llamadas “células de lugar” del hipocampo se activan cuando un animal entra en un sitio específico, lo que permite que recuerde ubicaciones relevantes para su supervivencia, como escondites de comida o rutas de navegación.

Sin embargo, la investigación fue más allá al postular que estas células también responden cuando el animal dirige su atención visual hacia un objetivo lejano, sin necesidad de desplazarse físicamente hasta él.

El estudio se diseñó para responder a una pregunta que ha intrigado a los neurocientíficos durante décadas: ¿cómo se relaciona la codificación de la ubicación en el hipocampo con la búsqueda visual de lugares distantes? Hasta ahora, la mayoría de los experimentos se habían realizado en primates, donde se observó cierta actividad hipocampal vinculada a la dirección de la mirada, aunque generalmente en animales inmóviles.

Los modelos de laboratorio más comunes, como los roedores, presentan limitaciones técnicas, ya que carecen de un control preciso de la mirada, lo que dificulta el seguimiento libre de los movimientos oculares durante la actividad física.

Para superar estos obstáculos, el equipo de la Universidad de Columbia eligió a los carboneros de cabeza negra, aves conocidas por su aguda visión y su capacidad para recordar la ubicación de alimentos escondidos.

Ocho ejemplares participaron en los experimentos, que se llevaron a cabo en una arena circular de 61 centímetros de diámetro, equipada con cinco sitios idénticos que incluían perchas, señales luminosas y comederos motorizados. Este entorno controlado permitió a los investigadores observar cómo las aves utilizaban la visión para buscar recompensas, mientras se registraba simultáneamente su actividad cerebral.

El seguimiento de los movimientos de las aves requirió una tecnología avanzada. Los científicos adaptaron un sistema de seguimiento multicámara que triangulaba marcadores reflectantes infrarrojos colocados en la cabeza de cada ave, lo que permitió registrar con precisión la posición de la cabeza durante el movimiento libre.

Además, un sistema independiente con dos cámaras capturó los reflejos corneales para estimar el eje pupilar y calibrar la orientación del ojo en la cabeza. En el caso de los carboneros, la dirección de la mirada depende principalmente de la orientación de la cabeza, ya que presentan un movimiento ocular independiente mínimo.

Durante las pruebas, las aves realizaron una tarea de búsqueda visual en la que una señal luminosa indicaba el sitio recompensado tras un intervalo aleatorio. En una versión más sofisticada, la señal solo se activaba cuando el ave miraba el objetivo correcto, lo que exigía un control preciso de la atención visual.

Para registrar la actividad neuronal, los investigadores implantaron sondas de silicio en el hipocampo anterior de las aves, lo que permitió obtener datos de alta resolución sobre la respuesta de las neuronas durante la tarea.

El análisis de los registros neuronales fue revelador. Se estudiaron 1.929 neuronas excitatorias del hipocampo, de las cuales el 62% mostró sintonía con la ubicación del ave durante la navegación, mientras que el 57% respondió a la dirección de la mirada durante la búsqueda visual estacionaria.

Según detalló el equipo, “entre las neuronas clasificadas como sintonizadas con el lugar, el 75% también mostró una sintonización significativa de la mirada”, lo que significa que la mayoría de estas células modificaban su frecuencia de disparo cuando el ave fijaba la vista en diferentes puntos objetivo.

Uno de los hallazgos más sorprendentes fue el solapamiento entre las ubicaciones preferidas para las respuestas de lugar y de mirada. “Las ubicaciones preferidas para las respuestas de lugar y mirada se solaparon en el 95% de las células con alta selectividad”, explicaron los especialistas.

Este resultado sugiere que el hipocampo integra la información espacial obtenida tanto por la experiencia directa como por la observación visual a distancia, lo que permite a las aves formar y recuperar recuerdos espaciales de manera flexible.

El estudio también identificó un patrón particular en la activación neuronal durante los movimientos rápidos de la cabeza, conocidos como sacadas. Las respuestas neuronales mostraron un patrón bifásico: un componente temprano que emergía antes de que la mirada del ave se posara en el objetivo preferido, y un componente posterior que correspondía a la entrada visual.

Esta dinámica indica que el hipocampo no solo responde a la información sensorial recibida, sino que también podría anticipar la dirección de la atención visual.

En cuanto a las interneuronas inhibidoras, los investigadores observaron que se agrupaban en dos conjuntos con fases de activación separadas por aproximadamente 180 grados, lo que generaba una oscilación cuasiperiódica vinculada a los movimientos sacádicos de la cabeza.

Este fenómeno sugiere que los movimientos de la cabeza sincronizan la actividad neuronal relacionada con la memoria varias veces por segundo, lo que podría ser fundamental para la formación y recuperación eficiente de recuerdos espaciales.

La dirección de la mirada también resultó ser un factor determinante en la activación de las células del hipocampo. “La mirada contralateral representó la mayor parte de la sintonización, ya que las neuronas se activaron cuando el ojo opuesto al hemisferio de registro fijó la mirada en un objetivo”, afirmaron los autores.

Y concluyeron que la codificación del lugar y la codificación de la mirada “forman un proceso unificado mediante el cual el hipocampo representa ubicaciones relevantes para el animal en cada momento”.