Emilio Kproff, físico, investigador de Conicet en el Instituto Leloir
La función de GPS interno
Trabajó
junto a los Nobel de Medicina de 2014. Descubrió las speed cells:
células que determinan la velocidad del desplazamiento de los individuos
en el espacio. En la actualidad, se cree que podrían servir para
avanzar en la comprensión del Alzheimer.
Emilio Kproff es investigador de Conicet en el Laboratorio de Plasticidad Neuronal del Instituto Leloir.
(Imagen: Sandra Cartasso)
(Imagen: Sandra Cartasso)
En
2015, Emilio Kproff descubrió las speed cells, neuronas ubicadas en la
región de la corteza entorrinal del cerebro, claves en la determinación
de la velocidad del desplazamiento de los seres humanos. Y, aunque sus
experimentos se realizan con roedores, en la actualidad, afirma que sus
investigaciones podrían ayudar a comprender el funcionamiento de los
circuitos de la memoria en pacientes con patologías neurodegenerativas
como el Alzheimer. Kproff es investigador de Conicet en el Laboratorio
de Plasticidad Neuronal del Instituto Leloir. Es licenciado en Física y
tras obtener un doctorado en Neurociencia Cognitiva (en Italia), entre
2008 y 2011, migró a Noruega para investigar bajo la dirección de los
doctores Edvard y May-Britt Moser, matrimonio que recibió el Nobel de
Medicina en 2014. En esta oportunidad, comparte sus aportes en el
conocimiento del GPS interno, describe el modo en que realizó sus
experimentos con un peculiar dispositivo denominado “troncomóvil” y
proyecta las potencialidades que tendrán sus estudios sobre el hipocampo
en el futuro.
–Usted es físico como sus padres.
–Es cierto, aunque no lo tuve tan claro desde entrada, porque también me gustaban otras áreas del conocimiento. Tras idas y venidas recalé en la física porque considero que es una ciencia universal.
–¿Por qué?
–Porque es una plataforma que permite al individuo especializarse en una multiplicidad de áreas. Basta con observar el mercado de trabajo para contemplar físicos en investigaciones biológicas, psicológicas y neurocientíficas, entre otras. Tiene que ver con una formación que promueve la construcción de teorías y su comprobación en la realidad.
–Luego, realizó un doctorado en Italia. En este sentido, ¿por qué entre tantas posibilidades escogió la neurociencia cognitiva?
–Ya en el 2° año de cursada advertí que los temas de la física no me gustaban y en cambio, lo que sí me apasionaba era todo lo referido a las redes neuronales y al modo en que los sistemas artificiales contaban con la capacidad de aprender. Por eso trabajé un tiempo con robots en el Departamento de Computación (UBA). Con el tiempo, ya no me preocuparon tanto las emulaciones computacionales y me interesé por comprender cómo funcionaban los cerebros reales. La atención se concentró en el hipocampo: un área del cerebro cuyas redes neuronales circundantes se encargan de formar memorias nuevas. Eso ayuda a los seres humanos a orientarse en el espacio. Es el conocido “GPS cerebral”.
–Sobre este tema trabajó junto a los doctores Edvard Moser y May-Britt Moser, matrimonio noruego ganador del premio Nobel de Medicina en 2014.
–Sí, trabajé en su laboratorio desde 2008 al 2011. Ahí hice un posdoctorado. En esos años, sus apellidos resonaban en el ámbito científico internacional y se creía que podrían ser premiados en cualquier momento.
–¿Cómo definiría al “GPS cerebral” o “interno”?
–Se trata de un complejo de circuitos neuronales que asisten al ser humano de modo permanente –aunque a menudo no se perciba– y permite el desarrollo de las actividades más cotidianas. Por ejemplo, es el responsable de que las personas salgan de sus casas y lleguen al trabajo todos los días, a pesar de que reciban nuevos estímulos de modo constante. Ningún día es igual a otro, así que toda la información receptada varía. Somos capaces de filtrar datos para planear recorridos y cumplir objetivos. Esto sucede incluso cuando las condiciones no son las adecuadas, es decir, cuando hay una calle cortada o una manifestación y el cerebro debe decidir una ruta alternativa. Se trata de un sistema interno al que no prestamos demasiada atención, hasta el momento en que lo perdemos. Me refiero a los pacientes con Alzheimer que, en muchas ocasiones, salen de sus casas y no tienen registro de dónde están, ni a dónde quieren ir.
–De ahí el vínculo entre el GPS cerebral y la memoria...
–Sí, es un mismo mecanismo que procesa ambos circuitos. Sin embargo, no podemos decir con precisión absoluta hasta qué punto la información es la misma.
–¿Qué ocurre en el cerebro de aquellas personas que no tienen “ubicación espacial”? Por suerte existe el GPS artificial, ¿no?
–Sí, pero es necesario aclarar algo. Hoy en día, el GPS artificial –el que todo el mundo tiene en las aplicaciones de sus celulares– no tiene la capacidad de brindar todas las respuestas. Por caso, de cortarse la luz en una vivienda, la tecnología no ayudará al individuo a llegar a la cocina hasta encender una vela, porque este tipo de acciones solo se consiguen con el GPS interno que, en la actualidad, cumple funciones que lo hacen indispensable. Precisamente, un gran desafío será el diseño de equivalentes artificiales que permitan la navegación de cualquier persona al interior de su casa. Por otro lado, existe una correlación entre el tamaño de la estructura del hipocampo y la capacidad que desarrollan las personas para orientarse. Así como también es importante la conectividad de los circuitos. Existe un trabajo muy interesante respecto a los taxistas de Londres que responde a su pregunta sobre ubicación espacial.
–¿De qué trata?
–Para poder manejar un taxi por las calles londinenses, los postulantes pasan exámenes en los que deben demostrar un riguroso conocimiento de las calles. En esta línea, existen múltiples estudios que han demostrado que el tamaño del hipocampo de los taxistas es superior al común de las personas. Una explicación posible es que esto pasa porque se trata de una de las pocas áreas del cerebro en la que existen neuronas nuevas que se agregan de modo constante. Quiere decir que si un individuo utiliza mucho este circuito, quizás tenga más neuronas que lo ayuden a procesar la información de manera más eficaz.
–En 2015, usted descubrió las denominadas speed cells.
–Sí, para explicar su funcionamiento es necesario describir las teorías que examinan cómo funciona el GPS interno. En la historia reciente, uno de los grandes descubrimientos fue el de las neuronas grid cells (“células de retícula”) ubicadas en la corteza entorrinal (un área adyacente al hipocampo). Su hallazgo fue importante porque brindan los ejes de coordenadas y habilitan la ubicación en el espacio con una simetría hexagonal (a diferencia de los cartesianos cuya simetría es cuadrada).
–¿Podría explicarlo con un ejemplo?
–La navegación en altamar es ilustrativa al respecto. En siglos precedentes, lo que los tripulantes observaban al navegar no brindaba ninguna información respecto a dónde estaban ubicados, por eso tomaban como referencia a las estrellas. Sin embargo, la situación se complicaba cuando el cielo estaba nublado, de modo que advirtieron la necesidad de un mapa de coordenadas. En nuestro cerebro humano serían las grid cells. Por otra parte, requerían de un segundo elemento para conocer la dirección en que realizaban el movimiento: la brújula.
–Las head direction cells (descubiertas un poco después que las grid cells) serían al cerebro humano lo que las brújulas para los marineros.
–Exacto. Son neuronas que brindan información sobre la dirección de los movimientos.
–De modo que, siguiendo su explicación, faltaría un tercer elemento. Porque ya se conocía el mapa de coordenadas, la dirección del movimiento, pero no la velocidad...
–Sí, con ese propósito los tripulantes lanzaban un barril al agua atado con una soga con nudos (aún hoy la velocidad en altamar se mide en “nudos”). De modo que necesitábamos descubrir la existencia de algún sistema que al interior de la corteza entorrinal nos permitiera completar el rompecabezas para calcular la velocidad en la que nos movemos. Ahí reside nuestro aporte, en el hallazgo de las speed cells (neuronas de velocidad).
–Perfecto, el rompecabezas completo y el GPS interno adquiere sentido. Sin embargo, ¿cómo realizaron sus experimentos?
–Uno de los principales problemas al que nos enfrentábamos en los experimentos es que resultaba muy difícil controlar a qué velocidad se movían los animales.
–Entonces diseñaron el “troncomóvil”.
–Sí, se trata de un aparato que nos permite indicarle al animal cómo moverse. Un carrito que viaja a través de una guía –como la de un tren– y atraviesa de una punta a la otra toda la extensión de la sala (4 metros). Como el vehículo no tenía piso, las ratas caminan junto al troncomóvil a la velocidad que nosotros le indicamos por intermedio de un sistema informatizado. Al final del recorrido, si lo hacen de manera correcta reciben un chocolate como recompensa. De este modo, contamos con una cobertura de distintos rangos de velocidad que era lo que buscamos y por su intermedio comprobamos empíricamente la existencia de neuronas que codifican la velocidad.
–¿Y esto cómo podría investigarse en humanos?
–Son muy pocos los experimentos que pueden realizarse en humanos, básicamente porque no se pueden implantar electrodos a las personas de no existir una justificación médica. Sin embargo, no hay que olvidar que las ratas constituyen modelos adecuados de experimentación y que, en general, todo lo que se prueba en sus hipocampos tiene su correlato en el de los seres humanos.
poesteban@gmail.com
–Usted es físico como sus padres.
–Es cierto, aunque no lo tuve tan claro desde entrada, porque también me gustaban otras áreas del conocimiento. Tras idas y venidas recalé en la física porque considero que es una ciencia universal.
–¿Por qué?
–Porque es una plataforma que permite al individuo especializarse en una multiplicidad de áreas. Basta con observar el mercado de trabajo para contemplar físicos en investigaciones biológicas, psicológicas y neurocientíficas, entre otras. Tiene que ver con una formación que promueve la construcción de teorías y su comprobación en la realidad.
–Luego, realizó un doctorado en Italia. En este sentido, ¿por qué entre tantas posibilidades escogió la neurociencia cognitiva?
–Ya en el 2° año de cursada advertí que los temas de la física no me gustaban y en cambio, lo que sí me apasionaba era todo lo referido a las redes neuronales y al modo en que los sistemas artificiales contaban con la capacidad de aprender. Por eso trabajé un tiempo con robots en el Departamento de Computación (UBA). Con el tiempo, ya no me preocuparon tanto las emulaciones computacionales y me interesé por comprender cómo funcionaban los cerebros reales. La atención se concentró en el hipocampo: un área del cerebro cuyas redes neuronales circundantes se encargan de formar memorias nuevas. Eso ayuda a los seres humanos a orientarse en el espacio. Es el conocido “GPS cerebral”.
–Sobre este tema trabajó junto a los doctores Edvard Moser y May-Britt Moser, matrimonio noruego ganador del premio Nobel de Medicina en 2014.
–Sí, trabajé en su laboratorio desde 2008 al 2011. Ahí hice un posdoctorado. En esos años, sus apellidos resonaban en el ámbito científico internacional y se creía que podrían ser premiados en cualquier momento.
–¿Cómo definiría al “GPS cerebral” o “interno”?
–Se trata de un complejo de circuitos neuronales que asisten al ser humano de modo permanente –aunque a menudo no se perciba– y permite el desarrollo de las actividades más cotidianas. Por ejemplo, es el responsable de que las personas salgan de sus casas y lleguen al trabajo todos los días, a pesar de que reciban nuevos estímulos de modo constante. Ningún día es igual a otro, así que toda la información receptada varía. Somos capaces de filtrar datos para planear recorridos y cumplir objetivos. Esto sucede incluso cuando las condiciones no son las adecuadas, es decir, cuando hay una calle cortada o una manifestación y el cerebro debe decidir una ruta alternativa. Se trata de un sistema interno al que no prestamos demasiada atención, hasta el momento en que lo perdemos. Me refiero a los pacientes con Alzheimer que, en muchas ocasiones, salen de sus casas y no tienen registro de dónde están, ni a dónde quieren ir.
–De ahí el vínculo entre el GPS cerebral y la memoria...
–Sí, es un mismo mecanismo que procesa ambos circuitos. Sin embargo, no podemos decir con precisión absoluta hasta qué punto la información es la misma.
–¿Qué ocurre en el cerebro de aquellas personas que no tienen “ubicación espacial”? Por suerte existe el GPS artificial, ¿no?
–Sí, pero es necesario aclarar algo. Hoy en día, el GPS artificial –el que todo el mundo tiene en las aplicaciones de sus celulares– no tiene la capacidad de brindar todas las respuestas. Por caso, de cortarse la luz en una vivienda, la tecnología no ayudará al individuo a llegar a la cocina hasta encender una vela, porque este tipo de acciones solo se consiguen con el GPS interno que, en la actualidad, cumple funciones que lo hacen indispensable. Precisamente, un gran desafío será el diseño de equivalentes artificiales que permitan la navegación de cualquier persona al interior de su casa. Por otro lado, existe una correlación entre el tamaño de la estructura del hipocampo y la capacidad que desarrollan las personas para orientarse. Así como también es importante la conectividad de los circuitos. Existe un trabajo muy interesante respecto a los taxistas de Londres que responde a su pregunta sobre ubicación espacial.
–¿De qué trata?
–Para poder manejar un taxi por las calles londinenses, los postulantes pasan exámenes en los que deben demostrar un riguroso conocimiento de las calles. En esta línea, existen múltiples estudios que han demostrado que el tamaño del hipocampo de los taxistas es superior al común de las personas. Una explicación posible es que esto pasa porque se trata de una de las pocas áreas del cerebro en la que existen neuronas nuevas que se agregan de modo constante. Quiere decir que si un individuo utiliza mucho este circuito, quizás tenga más neuronas que lo ayuden a procesar la información de manera más eficaz.
–En 2015, usted descubrió las denominadas speed cells.
–Sí, para explicar su funcionamiento es necesario describir las teorías que examinan cómo funciona el GPS interno. En la historia reciente, uno de los grandes descubrimientos fue el de las neuronas grid cells (“células de retícula”) ubicadas en la corteza entorrinal (un área adyacente al hipocampo). Su hallazgo fue importante porque brindan los ejes de coordenadas y habilitan la ubicación en el espacio con una simetría hexagonal (a diferencia de los cartesianos cuya simetría es cuadrada).
–¿Podría explicarlo con un ejemplo?
–La navegación en altamar es ilustrativa al respecto. En siglos precedentes, lo que los tripulantes observaban al navegar no brindaba ninguna información respecto a dónde estaban ubicados, por eso tomaban como referencia a las estrellas. Sin embargo, la situación se complicaba cuando el cielo estaba nublado, de modo que advirtieron la necesidad de un mapa de coordenadas. En nuestro cerebro humano serían las grid cells. Por otra parte, requerían de un segundo elemento para conocer la dirección en que realizaban el movimiento: la brújula.
–Las head direction cells (descubiertas un poco después que las grid cells) serían al cerebro humano lo que las brújulas para los marineros.
–Exacto. Son neuronas que brindan información sobre la dirección de los movimientos.
–De modo que, siguiendo su explicación, faltaría un tercer elemento. Porque ya se conocía el mapa de coordenadas, la dirección del movimiento, pero no la velocidad...
–Sí, con ese propósito los tripulantes lanzaban un barril al agua atado con una soga con nudos (aún hoy la velocidad en altamar se mide en “nudos”). De modo que necesitábamos descubrir la existencia de algún sistema que al interior de la corteza entorrinal nos permitiera completar el rompecabezas para calcular la velocidad en la que nos movemos. Ahí reside nuestro aporte, en el hallazgo de las speed cells (neuronas de velocidad).
–Perfecto, el rompecabezas completo y el GPS interno adquiere sentido. Sin embargo, ¿cómo realizaron sus experimentos?
–Uno de los principales problemas al que nos enfrentábamos en los experimentos es que resultaba muy difícil controlar a qué velocidad se movían los animales.
–Entonces diseñaron el “troncomóvil”.
–Sí, se trata de un aparato que nos permite indicarle al animal cómo moverse. Un carrito que viaja a través de una guía –como la de un tren– y atraviesa de una punta a la otra toda la extensión de la sala (4 metros). Como el vehículo no tenía piso, las ratas caminan junto al troncomóvil a la velocidad que nosotros le indicamos por intermedio de un sistema informatizado. Al final del recorrido, si lo hacen de manera correcta reciben un chocolate como recompensa. De este modo, contamos con una cobertura de distintos rangos de velocidad que era lo que buscamos y por su intermedio comprobamos empíricamente la existencia de neuronas que codifican la velocidad.
–¿Y esto cómo podría investigarse en humanos?
–Son muy pocos los experimentos que pueden realizarse en humanos, básicamente porque no se pueden implantar electrodos a las personas de no existir una justificación médica. Sin embargo, no hay que olvidar que las ratas constituyen modelos adecuados de experimentación y que, en general, todo lo que se prueba en sus hipocampos tiene su correlato en el de los seres humanos.
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